src/num_gmp_impl.h

   1 /**********************************************************************
   2  * Copyright (c) 2013, 2014 Pieter Wuille                             *
   3  * Distributed under the MIT software license, see the accompanying   *
   4  * file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.*
   5  **********************************************************************/
   6
   7 #ifndef _SECP256K1_NUM_REPR_IMPL_H_
   8 #define _SECP256K1_NUM_REPR_IMPL_H_
   9
  10 #include <string.h>
  11 #include <stdlib.h>
  12 #include <gmp.h>
  13
  14 #include "util.h"
  15 #include "num.h"
  16
  17 #ifdef VERIFY
  18 static void secp256k1_num_sanity(const secp256k1_num *a) {
  19     VERIFY_CHECK(a->limbs == 1 || (a->limbs > 1 && a->data[a->limbs-1] != 0));
  20 }
  21 #else
  22 #define secp256k1_num_sanity(a) do { } while(0)
  23 #endif
  24
  25 static void secp256k1_num_copy(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a) {
  26     *r = *a;
  27 }
  28
  29 static void secp256k1_num_get_bin(unsigned char *r, unsigned int rlen, const secp256k1_num *a) {
  30     unsigned char tmp[65];
  31     int len = 0;
  32     int shift = 0;
  33     if (a->limbs>1 || a->data[0] != 0) {
  34         len = mpn_get_str(tmp, 256, (mp_limb_t*)a->data, a->limbs);
  35     }
  36     while (shift < len && tmp[shift] == 0) shift++;
  37     VERIFY_CHECK(len-shift <= (int)rlen);
  38     memset(r, 0, rlen - len + shift);
  39     if (len > shift) {
  40         memcpy(r + rlen - len + shift, tmp + shift, len - shift);
  41     }
  42     memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
  43 }
  44
  45 static void secp256k1_num_set_bin(secp256k1_num *r, const unsigned char *a, unsigned int alen) {
  46     int len;
  47     VERIFY_CHECK(alen > 0);
  48     VERIFY_CHECK(alen <= 64);
  49     len = mpn_set_str(r->data, a, alen, 256);
  50     if (len == 0) {
  51         r->data[0] = 0;
  52         len = 1;
  53     }
  54     VERIFY_CHECK(len <= NUM_LIMBS*2);
  55     r->limbs = len;
  56     r->neg = 0;
  57     while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) {
  58         r->limbs--;
  59     }
  60 }
  61
  62 static void secp256k1_num_add_abs(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b) {
  63     mp_limb_t c = mpn_add(r->data, a->data, a->limbs, b->data, b->limbs);
  64     r->limbs = a->limbs;
  65     if (c != 0) {
  66         VERIFY_CHECK(r->limbs < 2*NUM_LIMBS);
  67         r->data[r->limbs++] = c;
  68     }
  69 }
  70
  71 static void secp256k1_num_sub_abs(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b) {
  72     mp_limb_t c = mpn_sub(r->data, a->data, a->limbs, b->data, b->limbs);
  73     (void)c;
  74     VERIFY_CHECK(c == 0);
  75     r->limbs = a->limbs;
  76     while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) {
  77         r->limbs--;
  78     }
  79 }
  80
  81 static void secp256k1_num_mod(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *m) {
  82     secp256k1_num_sanity(r);
  83     secp256k1_num_sanity(m);
  84
  85     if (r->limbs >= m->limbs) {
  86         mp_limb_t t[2*NUM_LIMBS];
  87         mpn_tdiv_qr(t, r->data, 0, r->data, r->limbs, m->data, m->limbs);
  88         memset(t, 0, sizeof(t));
  89         r->limbs = m->limbs;
  90         while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) {
  91             r->limbs--;
  92         }
  93     }
  94
  95     if (r->neg && (r->limbs > 1 || r->data[0] != 0)) {
  96         secp256k1_num_sub_abs(r, m, r);
  97         r->neg = 0;
  98     }
  99 }
 100
 101 static void secp256k1_num_mod_inverse(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *m) {
 102     int i;
 103     mp_limb_t g[NUM_LIMBS+1];
 104     mp_limb_t u[NUM_LIMBS+1];
 105     mp_limb_t v[NUM_LIMBS+1];
 106     mp_size_t sn;
 107     mp_size_t gn;
 108     secp256k1_num_sanity(a);
 109     secp256k1_num_sanity(m);
 110
 111     /** mpn_gcdext computes: (G,S) = gcdext(U,V), where
 112      *  * G = gcd(U,V)
 113      *  * G = U*S + V*T
 114      *  * U has equal or more limbs than V, and V has no padding
 115      *  If we set U to be (a padded version of) a, and V = m:
 116      *    G = a*S + m*T
 117      *    G = a*S mod m
 118      *  Assuming G=1:
 119      *    S = 1/a mod m
 120      */
 121     VERIFY_CHECK(m->limbs <= NUM_LIMBS);
 122     VERIFY_CHECK(m->data[m->limbs-1] != 0);
 123     for (i = 0; i < m->limbs; i++) {
 124         u[i] = (i < a->limbs) ? a->data[i] : 0;
 125         v[i] = m->data[i];
 126     }
 127     sn = NUM_LIMBS+1;
 128     gn = mpn_gcdext(g, r->data, &sn, u, m->limbs, v, m->limbs);
 129     (void)gn;
 130     VERIFY_CHECK(gn == 1);
 131     VERIFY_CHECK(g[0] == 1);
 132     r->neg = a->neg ^ m->neg;
 133     if (sn < 0) {
 134         mpn_sub(r->data, m->data, m->limbs, r->data, -sn);
 135         r->limbs = m->limbs;
 136         while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) {
 137             r->limbs--;
 138         }
 139     } else {
 140         r->limbs = sn;
 141     }
 142     memset(g, 0, sizeof(g));
 143     memset(u, 0, sizeof(u));
 144     memset(v, 0, sizeof(v));
 145 }
 146
 147 static int secp256k1_num_is_zero(const secp256k1_num *a) {
 148     return (a->limbs == 1 && a->data[0] == 0);
 149 }
 150
 151 static int secp256k1_num_is_neg(const secp256k1_num *a) {
 152     return (a->limbs > 1 || a->data[0] != 0) && a->neg;
 153 }
 154
 155 static int secp256k1_num_cmp(const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b) {
 156     if (a->limbs > b->limbs) {
 157         return 1;
 158     }
 159     if (a->limbs < b->limbs) {
 160         return -1;
 161     }
 162     return mpn_cmp(a->data, b->data, a->limbs);
 163 }
 164
 165 static int secp256k1_num_eq(const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b) {
 166     if (a->limbs > b->limbs) {
 167         return 0;
 168     }
 169     if (a->limbs < b->limbs) {
 170         return 0;
 171     }
 172     if ((a->neg && !secp256k1_num_is_zero(a)) != (b->neg && !secp256k1_num_is_zero(b))) {
 173         return 0;
 174     }
 175     return mpn_cmp(a->data, b->data, a->limbs) == 0;
 176 }
 177
 178 static void secp256k1_num_subadd(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b, int bneg) {
 179     if (!(b->neg ^ bneg ^ a->neg)) { /* a and b have the same sign */
 180         r->neg = a->neg;
 181         if (a->limbs >= b->limbs) {
 182             secp256k1_num_add_abs(r, a, b);
 183         } else {
 184             secp256k1_num_add_abs(r, b, a);
 185         }
 186     } else {
 187         if (secp256k1_num_cmp(a, b) > 0) {
 188             r->neg = a->neg;
 189             secp256k1_num_sub_abs(r, a, b);
 190         } else {
 191             r->neg = b->neg ^ bneg;
 192             secp256k1_num_sub_abs(r, b, a);
 193         }
 194     }
 195 }
 196
 197 static void secp256k1_num_add(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b) {
 198     secp256k1_num_sanity(a);
 199     secp256k1_num_sanity(b);
 200     secp256k1_num_subadd(r, a, b, 0);
 201 }
 202
 203 static void secp256k1_num_sub(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b) {
 204     secp256k1_num_sanity(a);
 205     secp256k1_num_sanity(b);
 206     secp256k1_num_subadd(r, a, b, 1);
 207 }
 208
 209 static void secp256k1_num_mul(secp256k1_num *r, const secp256k1_num *a, const secp256k1_num *b) {
 210     mp_limb_t tmp[2*NUM_LIMBS+1];
 211     secp256k1_num_sanity(a);
 212     secp256k1_num_sanity(b);
 213
 214     VERIFY_CHECK(a->limbs + b->limbs <= 2*NUM_LIMBS+1);
 215     if ((a->limbs==1 && a->data[0]==0) || (b->limbs==1 && b->data[0]==0)) {
 216         r->limbs = 1;
 217         r->neg = 0;
 218         r->data[0] = 0;
 219         return;
 220     }
 221     if (a->limbs >= b->limbs) {
 222         mpn_mul(tmp, a->data, a->limbs, b->data, b->limbs);
 223     } else {
 224         mpn_mul(tmp, b->data, b->limbs, a->data, a->limbs);
 225     }
 226     r->limbs = a->limbs + b->limbs;
 227     if (r->limbs > 1 && tmp[r->limbs - 1]==0) {
 228         r->limbs--;
 229     }
 230     VERIFY_CHECK(r->limbs <= 2*NUM_LIMBS);
 231     mpn_copyi(r->data, tmp, r->limbs);
 232     r->neg = a->neg ^ b->neg;
 233     memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
 234 }
 235
 236 static void secp256k1_num_shift(secp256k1_num *r, int bits) {
 237     if (bits % GMP_NUMB_BITS) {
 238         /* Shift within limbs. */
 239         mpn_rshift(r->data, r->data, r->limbs, bits % GMP_NUMB_BITS);
 240     }
 241     if (bits >= GMP_NUMB_BITS) {
 242         int i;
 243         /* Shift full limbs. */
 244         for (i = 0; i < r->limbs; i++) {
 245             int index = i + (bits / GMP_NUMB_BITS);
 246             if (index < r->limbs && index < 2*NUM_LIMBS) {
 247                 r->data[i] = r->data[index];
 248             } else {
 249                 r->data[i] = 0;
 250             }
 251         }
 252     }
 253     while (r->limbs>1 && r->data[r->limbs-1]==0) {
 254         r->limbs--;
 255     }
 256 }
 257
 258 static void secp256k1_num_negate(secp256k1_num *r) {
 259     r->neg ^= 1;
 260 }
 261
 262 #endif