See ChangeLog: Fri Jul 2 11:45:54 CEST 1999 Werner Koch
[gnupg.git] / mpi / mpi-mpow.c
1 /* mpi-mpow.c  -  MPI functions
2  *      Copyright (C) 1998, 1999 Free Software Foundation, Inc.
3  *
4  * This file is part of GnuPG.
5  *
6  * GnuPG is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
9  * (at your option) any later version.
10  *
11  * GnuPG is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA
19  */
20
21 #include <config.h>
22 #include <stdio.h>
23 #include <stdlib.h>
24 #include "mpi-internal.h"
25 #include "longlong.h"
26 #include <assert.h>
27
28 /* Barrett is slower than the classical way.  It can be tweaked by
29  * using partial multiplications
30  */
31 /*#define USE_BARRETT*/
32
33
34
35 #ifdef USE_BARRETT
36 static void barrett_mulm( MPI w, MPI u, MPI v, MPI m, MPI y, int k, MPI r1, MPI r2 );
37 static MPI init_barrett( MPI m, int *k, MPI *r1, MPI *r2 );
38 static int calc_barrett( MPI r, MPI x, MPI m, MPI y, int k, MPI r1, MPI r2  );
39 #else
40 #define barrett_mulm( w, u, v, m, y, k, r1, r2 ) mpi_mulm( (w), (u), (v), (m) )
41 #endif
42
43
44 static int
45 build_index( MPI *exparray, int k, int i, int t )
46 {
47     int j, bitno;
48     int index = 0;
49
50     bitno = t-i;
51     for(j=k-1; j >= 0; j-- ) {
52         index <<= 1;
53         if( mpi_test_bit( exparray[j], bitno ) )
54             index |= 1;
55     }
56     /*log_debug("t=%d i=%d index=%d\n", t, i, index );*/
57     return index;
58 }
59
60 /****************
61  * RES = (BASE[0] ^ EXP[0]) *  (BASE[1] ^ EXP[1]) * ... * mod M
62  */
63 void
64 mpi_mulpowm( MPI res, MPI *basearray, MPI *exparray, MPI m)
65 {
66     int k;      /* number of elements */
67     int t;      /* bit size of largest exponent */
68     int i, j, idx;
69     MPI *G;     /* table with precomputed values of size 2^k */
70     MPI tmp;
71   #ifdef USE_BARRETT
72     MPI barrett_y, barrett_r1, barrett_r2;
73     int barrett_k;
74   #endif
75
76     for(k=0; basearray[k]; k++ )
77         ;
78     assert(k);
79     for(t=0, i=0; (tmp=exparray[i]); i++ ) {
80         /*log_mpidump("exp: ", tmp );*/
81         j = mpi_get_nbits(tmp);
82         if( j > t )
83             t = j;
84     }
85     /*log_mpidump("mod: ", m );*/
86     assert(i==k);
87     assert(t);
88     assert( k < 10 );
89
90     G = m_alloc_clear( (1<<k) * sizeof *G );
91   #ifdef USE_BARRETT
92     barrett_y = init_barrett( m, &barrett_k, &barrett_r1, &barrett_r2 );
93   #endif
94     /* and calculate */
95     tmp =  mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(m)+1 );
96     mpi_set_ui( res, 1 );
97     for(i = 1; i <= t; i++ ) {
98         barrett_mulm(tmp, res, res, m, barrett_y, barrett_k,
99                                        barrett_r1, barrett_r2 );
100         idx = build_index( exparray, k, i, t );
101         assert( idx >= 0 && idx < (1<<k) );
102         if( !G[idx] ) {
103             if( !idx )
104                  G[0] = mpi_alloc_set_ui( 1 );
105             else {
106                 for(j=0; j < k; j++ ) {
107                     if( (idx & (1<<j) ) ) {
108                         if( !G[idx] )
109                             G[idx] = mpi_copy( basearray[j] );
110                         else
111                             barrett_mulm( G[idx], G[idx], basearray[j],
112                                                m, barrett_y, barrett_k, barrett_r1, barrett_r2  );
113                     }
114                 }
115                 if( !G[idx] )
116                     G[idx] = mpi_alloc(0);
117             }
118         }
119         barrett_mulm(res, tmp, G[idx], m, barrett_y, barrett_k, barrett_r1, barrett_r2  );
120     }
121
122     /* cleanup */
123     mpi_free(tmp);
124   #ifdef USE_BARRETT
125     mpi_free(barrett_y);
126     mpi_free(barrett_r1);
127     mpi_free(barrett_r2);
128   #endif
129     for(i=0; i < (1<<k); i++ )
130         mpi_free(G[i]);
131     m_free(G);
132 }
133
134
135
136 #ifdef USE_BARRETT
137 static void
138 barrett_mulm( MPI w, MPI u, MPI v, MPI m, MPI y, int k, MPI r1, MPI r2  )
139 {
140     mpi_mul(w, u, v);
141     if( calc_barrett( w, w, m, y, k, r1, r2 ) )
142         mpi_fdiv_r( w, w, m );
143 }
144
145 /****************
146  * Barrett precalculation: y = floor(b^(2k) / m)
147  */
148 static MPI
149 init_barrett( MPI m, int *k, MPI *r1, MPI *r2 )
150 {
151     MPI tmp;
152
153     mpi_normalize( m );
154     *k = mpi_get_nlimbs( m );
155     tmp = mpi_alloc( *k + 1 );
156     mpi_set_ui( tmp, 1 );
157     mpi_lshift_limbs( tmp, 2 * *k );
158     mpi_fdiv_q( tmp, tmp, m );
159     *r1 = mpi_alloc( 2* *k + 1 );
160     *r2 = mpi_alloc( 2* *k + 1 );
161     return tmp;
162 }
163
164 /****************
165  * Barrett reduction: We assume that these conditions are met:
166  * Given x =(x_2k-1 ...x_0)_b
167  *       m =(m_k-1 ....m_0)_b     with m_k-1 != 0
168  * Output r = x mod m
169  * Before using this function init_barret must be used to calucalte y and k.
170  * Returns: false = no error
171  *          true = can't perform barret reduction
172  */
173 static int
174 calc_barrett( MPI r, MPI x, MPI m, MPI y, int k, MPI r1, MPI r2 )
175 {
176     int xx = k > 3 ? k-3:0;
177
178     mpi_normalize( x );
179     if( mpi_get_nlimbs(x) > 2*k )
180         return 1; /* can't do it */
181
182     /* 1. q1 = floor( x / b^k-1)
183      *    q2 = q1 * y
184      *    q3 = floor( q2 / b^k+1 )
185      * Actually, we don't need qx, we can work direct on r2
186      */
187     mpi_set( r2, x );
188     mpi_rshift_limbs( r2, k-1 );
189     mpi_mul( r2, r2, y );
190     mpi_rshift_limbs( r2, k+1 );
191
192     /* 2. r1 = x mod b^k+1
193      *    r2 = q3 * m mod b^k+1
194      *    r  = r1 - r2
195      * 3. if r < 0 then  r = r + b^k+1
196      */
197     mpi_set( r1, x );
198     if( r1->nlimbs > k+1 ) /* quick modulo operation */
199         r1->nlimbs = k+1;
200     mpi_mul( r2, r2, m );
201     if( r2->nlimbs > k+1 ) /* quick modulo operation */
202         r2->nlimbs = k+1;
203     mpi_sub( r, r1, r2 );
204
205     if( mpi_is_neg( r ) ) {
206         MPI tmp;
207
208         tmp = mpi_alloc( k + 2 );
209         mpi_set_ui( tmp, 1 );
210         mpi_lshift_limbs( tmp, k+1 );
211         mpi_add( r, r, tmp );
212         mpi_free(tmp);
213     }
214
215     /* 4. while r >= m do r = r - m */
216     while( mpi_cmp( r, m ) >= 0 )
217         mpi_sub( r, r, m );
218
219     return 0;
220 }
221 #endif /* USE_BARRETT */
222