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_t *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_t *r, const secp256k1_num_t *a) {
  26     *r = *a;
  27 }
  28
  29 static void secp256k1_num_get_bin(unsigned char *r, unsigned int rlen, const secp256k1_num_t *a) {
  30     unsigned char tmp[65];
  31     int len = 0;
  32     if (a->limbs>1 || a->data[0] != 0) {
  33         len = mpn_get_str(tmp, 256, (mp_limb_t*)a->data, a->limbs);
  34     }
  35     int shift = 0;
  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_t *r, const unsigned char *a, unsigned int alen) {
  46     VERIFY_CHECK(alen > 0);
  47     VERIFY_CHECK(alen <= 64);
  48     int len = mpn_set_str(r->data, a, alen, 256);
  49     if (len == 0) {
  50         r->data[0] = 0;
  51         len = 1;
  52     }
  53     VERIFY_CHECK(len <= NUM_LIMBS*2);
  54     r->limbs = len;
  55     r->neg = 0;
  56     while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) r->limbs--;
  57 }
  58
  59 static void secp256k1_num_add_abs(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b) {
  60     mp_limb_t c = mpn_add(r->data, a->data, a->limbs, b->data, b->limbs);
  61     r->limbs = a->limbs;
  62     if (c != 0) {
  63         VERIFY_CHECK(r->limbs < 2*NUM_LIMBS);
  64         r->data[r->limbs++] = c;
  65     }
  66 }
  67
  68 static void secp256k1_num_sub_abs(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b) {
  69     mp_limb_t c = mpn_sub(r->data, a->data, a->limbs, b->data, b->limbs);
  70     VERIFY_CHECK(c == 0);
  71     r->limbs = a->limbs;
  72     while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) r->limbs--;
  73 }
  74
  75 static void secp256k1_num_mod(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *m) {
  76     secp256k1_num_sanity(r);
  77     secp256k1_num_sanity(m);
  78
  79     if (r->limbs >= m->limbs) {
  80         mp_limb_t t[2*NUM_LIMBS];
  81         mpn_tdiv_qr(t, r->data, 0, r->data, r->limbs, m->data, m->limbs);
  82         memset(t, 0, sizeof(t));
  83         r->limbs = m->limbs;
  84         while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) r->limbs--;
  85     }
  86
  87     if (r->neg && (r->limbs > 1 || r->data[0] != 0)) {
  88         secp256k1_num_sub_abs(r, m, r);
  89         r->neg = 0;
  90     }
  91 }
  92
  93 static void secp256k1_num_mod_inverse(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *m) {
  94     secp256k1_num_sanity(a);
  95     secp256k1_num_sanity(m);
  96
  97     /** mpn_gcdext computes: (G,S) = gcdext(U,V), where
  98      *  * G = gcd(U,V)
  99      *  * G = U*S + V*T
 100      *  * U has equal or more limbs than V, and V has no padding
 101      *  If we set U to be (a padded version of) a, and V = m:
 102      *    G = a*S + m*T
 103      *    G = a*S mod m
 104      *  Assuming G=1:
 105      *    S = 1/a mod m
 106      */
 107     VERIFY_CHECK(m->limbs <= NUM_LIMBS);
 108     VERIFY_CHECK(m->data[m->limbs-1] != 0);
 109     mp_limb_t g[NUM_LIMBS+1];
 110     mp_limb_t u[NUM_LIMBS+1];
 111     mp_limb_t v[NUM_LIMBS+1];
 112     for (int i=0; i < m->limbs; i++) {
 113         u[i] = (i < a->limbs) ? a->data[i] : 0;
 114         v[i] = m->data[i];
 115     }
 116     mp_size_t sn = NUM_LIMBS+1;
 117     mp_size_t gn = mpn_gcdext(g, r->data, &sn, u, m->limbs, v, m->limbs);
 118     VERIFY_CHECK(gn == 1);
 119     VERIFY_CHECK(g[0] == 1);
 120     r->neg = a->neg ^ m->neg;
 121     if (sn < 0) {
 122         mpn_sub(r->data, m->data, m->limbs, r->data, -sn);
 123         r->limbs = m->limbs;
 124         while (r->limbs > 1 && r->data[r->limbs-1]==0) r->limbs--;
 125     } else {
 126         r->limbs = sn;
 127     }
 128     memset(g, 0, sizeof(g));
 129     memset(u, 0, sizeof(u));
 130     memset(v, 0, sizeof(v));
 131 }
 132
 133 static int secp256k1_num_is_zero(const secp256k1_num_t *a) {
 134     return (a->limbs == 1 && a->data[0] == 0);
 135 }
 136
 137 static int secp256k1_num_is_neg(const secp256k1_num_t *a) {
 138     return (a->limbs > 1 || a->data[0] != 0) && a->neg;
 139 }
 140
 141 static int secp256k1_num_cmp(const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b) {
 142     if (a->limbs > b->limbs) return 1;
 143     if (a->limbs < b->limbs) return -1;
 144     return mpn_cmp(a->data, b->data, a->limbs);
 145 }
 146
 147 static int secp256k1_num_eq(const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b) {
 148     if (a->limbs > b->limbs) return 0;
 149     if (a->limbs < b->limbs) return 0;
 150     if ((a->neg && !secp256k1_num_is_zero(a)) != (b->neg && !secp256k1_num_is_zero(b))) return 0;
 151     return mpn_cmp(a->data, b->data, a->limbs) == 0;
 152 }
 153
 154 static void secp256k1_num_subadd(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b, int bneg) {
 155     if (!(b->neg ^ bneg ^ a->neg)) { /* a and b have the same sign */
 156         r->neg = a->neg;
 157         if (a->limbs >= b->limbs) {
 158             secp256k1_num_add_abs(r, a, b);
 159         } else {
 160             secp256k1_num_add_abs(r, b, a);
 161         }
 162     } else {
 163         if (secp256k1_num_cmp(a, b) > 0) {
 164             r->neg = a->neg;
 165             secp256k1_num_sub_abs(r, a, b);
 166         } else {
 167             r->neg = b->neg ^ bneg;
 168             secp256k1_num_sub_abs(r, b, a);
 169         }
 170     }
 171 }
 172
 173 static void secp256k1_num_add(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b) {
 174     secp256k1_num_sanity(a);
 175     secp256k1_num_sanity(b);
 176     secp256k1_num_subadd(r, a, b, 0);
 177 }
 178
 179 static void secp256k1_num_sub(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b) {
 180     secp256k1_num_sanity(a);
 181     secp256k1_num_sanity(b);
 182     secp256k1_num_subadd(r, a, b, 1);
 183 }
 184
 185 static void secp256k1_num_mul(secp256k1_num_t *r, const secp256k1_num_t *a, const secp256k1_num_t *b) {
 186     secp256k1_num_sanity(a);
 187     secp256k1_num_sanity(b);
 188
 189     mp_limb_t tmp[2*NUM_LIMBS+1];
 190     VERIFY_CHECK(a->limbs + b->limbs <= 2*NUM_LIMBS+1);
 191     if ((a->limbs==1 && a->data[0]==0) || (b->limbs==1 && b->data[0]==0)) {
 192         r->limbs = 1;
 193         r->neg = 0;
 194         r->data[0] = 0;
 195         return;
 196     }
 197     if (a->limbs >= b->limbs)
 198         mpn_mul(tmp, a->data, a->limbs, b->data, b->limbs);
 199     else
 200         mpn_mul(tmp, b->data, b->limbs, a->data, a->limbs);
 201     r->limbs = a->limbs + b->limbs;
 202     if (r->limbs > 1 && tmp[r->limbs - 1]==0) r->limbs--;
 203     VERIFY_CHECK(r->limbs <= 2*NUM_LIMBS);
 204     mpn_copyi(r->data, tmp, r->limbs);
 205     r->neg = a->neg ^ b->neg;
 206     memset(tmp, 0, sizeof(tmp));
 207 }
 208
 209 static void secp256k1_num_shift(secp256k1_num_t *r, int bits) {
 210     if (bits % GMP_NUMB_BITS) {
 211         // Shift within limbs.
 212         mpn_rshift(r->data, r->data, r->limbs, bits % GMP_NUMB_BITS);
 213     }
 214     if (bits >= GMP_NUMB_BITS) {
 215         // Shift full limbs.
 216         for (int i = 0; i < r->limbs; i++) {
 217             int index = i + (bits / GMP_NUMB_BITS);
 218             if (index < r->limbs && index < 2*NUM_LIMBS) {
 219                 r->data[i] = r->data[index];
 220             } else {
 221                 r->data[i] = 0;
 222             }
 223         }
 224     }
 225     while (r->limbs>1 && r->data[r->limbs-1]==0) r->limbs--;
 226 }
 227
 228 static void secp256k1_num_negate(secp256k1_num_t *r) {
 229     r->neg ^= 1;
 230 }
 231
 232 #endif