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 #define BN_set_negative(a,n) ((a)->neg = ((n) && !BN_is_zero(a)))
  53 #endif
  54
  55 struct d0_bignum_s
  56 {
  57         BIGNUM z;
  58 };
  59
  60 static d0_bignum_t temp; // FIXME make threadsafe
  61 static BN_CTX *ctx; // FIXME make threadsafe
  62
  63 #include <time.h>
  64 #include <stdio.h>
  65
  66 D0_WARN_UNUSED_RESULT D0_BOOL d0_bignum_INITIALIZE(void)
  67 {
  68         ctx = BN_CTX_new();
  69         d0_bignum_init(&temp);
  70         return 1;
  71 }
  72
  73 void d0_bignum_SHUTDOWN(void)
  74 {
  75         d0_bignum_clear(&temp);
  76         BN_CTX_free(ctx);
  77         ctx = NULL;
  78 }
  79
  80 D0_BOOL d0_iobuf_write_bignum(d0_iobuf_t *buf, const d0_bignum_t *bignum)
  81 {
  82         static __thread unsigned char numbuf[65536];
  83         size_t count = 0;
  84         numbuf[0] = BN_is_zero(&bignum->z) ? 0 : BN_is_negative(&bignum->z) ? 3 : 1;
  85         if((numbuf[0] & 3) != 0) // nonzero
  86         {
  87                 count = BN_num_bytes(&bignum->z);
  88                 if(count > sizeof(numbuf) - 1)
  89                         return 0;
  90                 BN_bn2bin(&bignum->z, numbuf+1);
  91         }
  92         return d0_iobuf_write_packet(buf, numbuf, count + 1);
  93 }
  94
  95 d0_bignum_t *d0_iobuf_read_bignum(d0_iobuf_t *buf, d0_bignum_t *bignum)
  96 {
  97         static __thread unsigned char numbuf[65536];
  98         size_t count = sizeof(numbuf);
  99         if(!d0_iobuf_read_packet(buf, numbuf, &count))
 100                 return NULL;
 101         if(count < 1)
 102                 return NULL;
 103         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 104         if(numbuf[0] & 3) // nonzero
 105         {
 106                 BN_bin2bn(numbuf+1, count-1, &bignum->z);
 107                 if(numbuf[0] & 2) // negative
 108                         BN_set_negative(&bignum->z, 1);
 109         }
 110         else // zero
 111         {
 112                 BN_zero(&bignum->z);
 113         }
 114         return bignum;
 115 }
 116
 117 ssize_t d0_bignum_export_unsigned(const d0_bignum_t *bignum, void *buf, size_t bufsize)
 118 {
 119         size_t count;
 120         count = BN_num_bytes(&bignum->z);
 121         if(count > bufsize)
 122                 return -1;
 123         if(bufsize > count)
 124         {
 125                 // pad from left (big endian numbers!)
 126                 memset(buf, 0, bufsize - count);
 127                 buf += bufsize - count;
 128         }
 129         BN_bn2bin(&bignum->z, buf);
 130         return bufsize;
 131 }
 132
 133 d0_bignum_t *d0_bignum_import_unsigned(d0_bignum_t *bignum, const void *buf, size_t bufsize)
 134 {
 135         size_t count;
 136         if(!bignum) bignum = d0_bignum_new(); if(!bignum) return NULL;
 137         BN_bin2bn(buf, bufsize, &bignum->z);
 138         return bignum;
 139 }
 140
 141 d0_bignum_t *d0_bignum_new(void)
 142 {
 143         d0_bignum_t *b = d0_malloc(sizeof(d0_bignum_t));
 144         BN_init(&b->z);
 145         return b;
 146 }
 147
 148 void d0_bignum_free(d0_bignum_t *a)
 149 {
 150         BN_free(&a->z);
 151         d0_free(a);
 152 }
 153
 154 void d0_bignum_init(d0_bignum_t *b)
 155 {
 156         BN_init(&b->z);
 157 }
 158
 159 void d0_bignum_clear(d0_bignum_t *a)
 160 {
 161         BN_free(&a->z);
 162 }
 163
 164 size_t d0_bignum_size(const d0_bignum_t *r)
 165 {
 166         return BN_num_bits(&r->z);
 167 }
 168
 169 int d0_bignum_cmp(const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 170 {
 171         return BN_cmp(&a->z, &b->z);
 172 }
 173
 174 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_range(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *min, const d0_bignum_t *max)
 175 {
 176         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 177         BN_sub(&temp.z, &max->z, &min->z);
 178         BN_rand_range(&r->z, &temp.z);
 179         BN_add(&r->z, &r->z, &min->z);
 180         return r;
 181 }
 182
 183 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_atmost(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, -1, 0);
 187         return r;
 188 }
 189
 190 d0_bignum_t *d0_bignum_rand_bit_exact(d0_bignum_t *r, size_t n)
 191 {
 192         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 193         BN_rand(&r->z, n, 0, 0);
 194         return r;
 195 }
 196
 197 d0_bignum_t *d0_bignum_zero(d0_bignum_t *r)
 198 {
 199         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 200         BN_zero(&r->z);
 201         return r;
 202 }
 203
 204 d0_bignum_t *d0_bignum_one(d0_bignum_t *r)
 205 {
 206         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 207         BN_one(&r->z);
 208         return r;
 209 }
 210
 211 d0_bignum_t *d0_bignum_int(d0_bignum_t *r, int n)
 212 {
 213         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 214         BN_set_word(&r->z, n);
 215         return r;
 216 }
 217
 218 d0_bignum_t *d0_bignum_mov(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 219 {
 220         if(r == a)
 221                 return r; // trivial
 222         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 223         BN_copy(&r->z, &a->z);
 224         return r;
 225 }
 226
 227 d0_bignum_t *d0_bignum_neg(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a)
 228 {
 229         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 230         if(r != a)
 231                 BN_copy(&r->z, &a->z);
 232         BN_set_negative(&r->z, !BN_is_negative(&r->z));
 233         return r;
 234 }
 235
 236 d0_bignum_t *d0_bignum_shl(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, ssize_t n)
 237 {
 238         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 239         if(n > 0)
 240                 BN_lshift(&r->z, &a->z, n);
 241         else if(n < 0)
 242                 BN_rshift(&r->z, &a->z, -n);
 243         else if(r != a)
 244                 BN_copy(&r->z, &a->z);
 245         return r;
 246 }
 247
 248 d0_bignum_t *d0_bignum_add(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_add(&r->z, &a->z, &b->z);
 252         return r;
 253 }
 254
 255 d0_bignum_t *d0_bignum_sub(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_sub(&r->z, &a->z, &b->z);
 259         return r;
 260 }
 261
 262 d0_bignum_t *d0_bignum_mul(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 263 {
 264         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 265         BN_mul(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 266         return r;
 267 }
 268
 269 d0_bignum_t *d0_bignum_divmod(d0_bignum_t *q, d0_bignum_t *m, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *b)
 270 {
 271         if(!q && !m)
 272                 m = d0_bignum_new();
 273         if(q)
 274         {
 275                 if(m)
 276                         BN_div(&q->z, &m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 277                 else
 278                         BN_div(&q->z, NULL, &a->z, &b->z, ctx);
 279                 assert(!"I know this code is broken (rounds towards zero), need handle negative correctly");
 280         }
 281         else
 282                 BN_nnmod(&m->z, &a->z, &b->z, ctx);
 283         if(m)
 284                 return m;
 285         else
 286                 return q;
 287 }
 288
 289 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)
 290 {
 291         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 292         BN_mod_add(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 293         return r;
 294 }
 295
 296 d0_bignum_t *d0_bignum_mod_sub(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_sub(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 300         return r;
 301 }
 302
 303 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)
 304 {
 305         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 306         BN_mod_mul(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 307         return r;
 308 }
 309
 310 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)
 311 {
 312         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 313         BN_mod_exp(&r->z, &a->z, &b->z, &m->z, ctx);
 314         return r;
 315 }
 316
 317 D0_BOOL d0_bignum_mod_inv(d0_bignum_t *r, const d0_bignum_t *a, const d0_bignum_t *m)
 318 {
 319         // here, r MUST be set, as otherwise we cannot return error state!
 320         return !!BN_mod_inverse(&r->z, &a->z, &m->z, ctx);
 321 }
 322
 323 int d0_bignum_isprime(const d0_bignum_t *r, int param)
 324 {
 325         if(param <= 0)
 326                 return BN_is_prime_fasttest(&r->z, 1, NULL, ctx, NULL, 1);
 327         else
 328                 return BN_is_prime(&r->z, param, NULL, ctx, NULL);
 329 }
 330
 331 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)
 332 {
 333         if(!r) r = d0_bignum_new(); if(!r) return NULL;
 334         if(s)
 335                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 336         else if(t)
 337                 assert(!"Extended gcd not implemented");
 338         else
 339                 BN_gcd(&r->z, &a->z, &b->z, ctx);
 340         return r;
 341 }
 342
 343 char *d0_bignum_tostring(const d0_bignum_t *x, unsigned int base)
 344 {
 345         if(base == 10)
 346                 return BN_bn2dec(&x->z);
 347         else if(base == 16)
 348                 return BN_bn2hex(&x->z);
 349         else
 350                 assert(!"Other bases not implemented");
 351 }