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  * $Format:commit %H$
  33  * $Id$
  34  */
  35
  36 /* NOTE: this file links against openssl (http://www.openssl.org), which is
  37  * under the OpenSSL License. You may have to abide to its terms too if you use
  38  * this file.
  39  * To alternatively link to GMP, provide the option --without-openssl to
  40  * ./configure.
  41  */
  42
  43 #include "d0_bignum.h"
  44
  45 #include <assert.h>
  46 #include <string.h>
  47 #include <openssl/bn.h>
  48
  49 // for stupid OpenSSL versions in Mac OS X
  50 #ifndef BN_is_negative
  51 #define BN_is_negative(a) ((a)->neg != 0)
  52 #endif
  53 #ifndef BN_set_negative
  54 #define BN_set_negative(a,n) ((a)->neg = ((n) && !BN_is_zero(a)))
  55 #endif
  56
  57 struct d0_bignum_s
  58 {
  59         BIGNUM z;
  60 };
  61
  62 static d0_bignum_t temp;
  63 static BN_CTX *ctx;
  64
  65 #include <time.h>
  66 #include <stdio.h>
  67
  68 D0_WARN_UNUSED_RESULT D0_BOOL d0_bignum_INITIALIZE(void)
  69 {
  70         ctx = BN_CTX_new();
  71         d0_bignum_init(&temp);
  72         return 1;
  73 }
  74
  75 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
  76 {
  77         d0_bignum_clear(&temp);
  78         BN_CTX_free(ctx);
  79         ctx = NULL;
  80 }
  81
  82 D0_BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  83 {
  84         static unsigned char numbuf[65536];
  85         size_t count = 0;
  86         numbuf[0] = BN_is_zero(&bignum->z) ? 0 : BN_is_negative(&bignum->z) ? 3 : 1;
  87         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
  88         {
  89                 count = BN_num_bytes(&bignum->z);
  90                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
  91                         return 0;
  92                 BN_bn2bin(&bignum->z, numbuf+1);
  93         }
  94         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
  95 }
  96
  97 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
  98 {
  99         static unsigned char numbuf[65536];
 100         size_t count = sizeof(numbuf);
 101         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
 102                 return NULL;
 103         if(count < 1)
 104                 return NULL;
 105         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 106         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
 107         {
 108                 BN_bin2bn(numbuf+1, count-1, &bignum->z);
 109                 if(numbuf[0] & 2) // negative
 110                         BN_set_negative(&bignum->z, 1);
 111         }
 112         else // zero
 113         {
 114                 BN_zero(&bignum->z);
 115         }
 116         return bignum;
 117 }
 118
 119 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
 120 {
 121         size_t count;
 122         count = BN_num_bytes(&bignum->z);
 123         if(count > bufsize)
 124                 return -1;
 125         if(bufsize > count)
 126         {
 127                 // pad from left (big endian numbers!)
 128                 memset(buf, 0, bufsize - count);
 129                 buf += bufsize - count;
 130         }
 131         BN_bn2bin(&bignum->z, buf);
 132         return bufsize;
 133 }
 134
 135 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
 136 {
 137         size_t count;
 138         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 139         BN_bin2bn(buf, bufsize, &bignum->z);
 140         return bignum;
 141 }
 142
 143 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 144 {
 145         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 146         BN_init(&b->z);
 147         return b;
 148 }
 149
 150 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 151 {
 152         BN_free(&a->z);
 153         d0_free(a);
 154 }
 155
 156 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 157 {
 158         BN_init(&b->z);
 159 }
 160
 161 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 162 {
 163         BN_free(&a->z);
 164 }
 165
 166 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 167 {
 168         return BN_num_bits(&r->z);
 169 }
 170
 171 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 172 {
 173         return BN_cmp(&a->z, &b->z);
 174 }
 175
 176 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 177 {
 178         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 179         BN_sub(&temp.z, &max->z, &min->z);
 180         BN_rand_range(&r->z, &temp.z);
 181         BN_add(&r->z, &r->z, &min->z);
 182         return r;
 183 }
 184
 185 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(d0_bignum_t *r, size_t n)
 186 {
 187         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 188         BN_rand(&r->z, n, -1, 0);
 189         return r;
 190 }
 191
 192 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 193 {
 194         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 195         BN_rand(&r->z, n, 0, 0);
 196         return r;
 197 }
 198
 199 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 200 {
 201         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 202         BN_zero(&r->z);
 203         return r;
 204 }
 205
 206 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 207 {
 208         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 209         BN_one(&r->z);
 210         return r;
 211 }
 212
 213 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 214 {
 215         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 216         BN_set_word(&r->z, n);
 217         return r;
 218 }
 219
 220 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 221 {
 222         if(r == a)
 223                 return r; // trivial
 224         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 225         BN_copy(&r->z, &a->z);
 226         return r;
 227 }
 228
 229 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 230 {
 231         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 232         if(r != a)
 233                 BN_copy(&r->z, &a->z);
 234         BN_set_negative(&r->z, !BN_is_negative(&r->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                 BN_lshift(&r->z, &a->z, n);
 243         else if(n < 0)
 244                 BN_rshift(&r->z, &a->z, -n);
 245         else if(r != a)
 246                 BN_copy(&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         BN_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         BN_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         BN_mul(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 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         {
 277                 if(m)
 278                         BN_div(&q->z, &m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 279                 else
 280                         BN_div(&q->z, NULL, &a->z, &b->z, ctx);
 281                 assert(!"I know this code is broken (rounds towards zero), need handle negative correctly");
 282         }
 283         else
 284                 BN_nnmod(&m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 285         if(m)
 286                 return m;
 287         else
 288                 return q;
 289 }
 290
 291 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)
 292 {
 293         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 294         BN_mod_add(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 295         return r;
 296 }
 297
 298 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)
 299 {
 300         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 301         BN_mod_mul(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 302         return r;
 303 }
 304
 305 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)
 306 {
 307         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 308         BN_mod_exp(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 309         return r;
 310 }
 311
 312 D0_BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 313 {
 314         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 315         return !!BN_mod_inverse(&r->z, &a->z, &m->z, ctx);
 316 }
 317
 318 int d0_bignum_isprime(d0_bignum_t *r, int param)
 319 {
 320         if(param <= 0)
 321                 return BN_is_prime_fasttest(&r->z, 1, NULL, ctx, NULL, 1);
 322         else
 323                 return BN_is_prime(&r->z, param, NULL, ctx, NULL);
 324 }
 325
 326 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)
 327 {
 328         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 329         if(s)
 330                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 331         else if(t)
 332                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 333         else
 334                 BN_gcd(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 335         return r;
 336 }
 337
 338 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 339 {
 340         if(base == 10)
 341                 return BN_bn2dec(&x->z);
 342         else if(base == 16)
 343                 return BN_bn2hex(&x->z);
 344         else
 345                 assert(!"Other bases not implemented");
 346 }