See ChangeLog: Wed Dec 23 13:34:22 CET 1998 Werner Koch
[libgcrypt.git] / cipher / primegen.c
index 3f6c1f3..e948421 100644 (file)
@@ -1,14 +1,14 @@
 /* primegen.c - prime number generator
- *     Copyright (c) 1997 by Werner Koch (dd9jn)
+ *     Copyright (C) 1998 Free Software Foundation, Inc.
  *
- * This file is part of G10.
+ * This file is part of GnuPG.
  *
- * G10 is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * GnuPG is free software; you can redistribute it and/or modify
  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  * (at your option) any later version.
  *
- * G10 is distributed in the hope that it will be useful,
+ * GnuPG is distributed in the hope that it will be useful,
  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  * GNU General Public License for more details.
@@ -58,42 +58,62 @@ generate_public_prime( unsigned  nbits )
 }
 
 
+/****************
+ * We do not need to use the strongest RNG because we gain no extra
+ * security from it - The prime number is public and we could also
+ * offer the factors for those who are willing to check that it is
+ * indeed a strong prime.
+ *
+ * mode 0: Standard
+ *     1: Make sure that at least one factor is of size qbits.
+ */
 MPI
-generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
+generate_elg_prime( int mode, unsigned pbits, unsigned qbits,
+                   MPI g, MPI **ret_factors )
 {
     int n;  /* number of factors */
     int m;  /* number of primes in pool */
     unsigned fbits; /* length of prime factors */
-    MPI *factors; /* curent factors */
+    MPI *factors; /* current factors */
     MPI *pool; /* pool of primes */
-    MPI q;     /* first prime factor */
+    MPI q;     /* first prime factor (variable)*/
     MPI prime; /* prime test value */
+    MPI q_factor; /* used for mode 1 */
     byte *perms = NULL;
     int i, j;
     int count1, count2;
     unsigned nprime;
+    unsigned req_qbits = qbits; /* the requested q bits size */
 
     /* find number of needed prime factors */
     for(n=1; (pbits - qbits - 1) / n  >= qbits; n++ )
        ;
     n--;
-    if( !n )
+    if( !n || (mode==1 && n < 2) )
        log_fatal("can't gen prime with pbits=%u qbits=%u\n", pbits, qbits );
-    fbits = (pbits - qbits -1) / n;
-    while( qbits + n*fbits < pbits )
-       qbits++;
+    if( mode == 1 ) {
+       n--;
+       fbits = (pbits - 2*req_qbits -1) / n;
+       qbits =  pbits - req_qbits - n*fbits;
+    }
+    else {
+       fbits = (pbits - req_qbits -1) / n;
+       qbits = pbits - n*fbits;
+    }
     if( DBG_CIPHER )
-       log_debug("gen prime: pbits=%u qbits=%u fbits=%u n=%d\n",
-                   pbits, qbits, fbits, n  );
-
+       log_debug("gen prime: pbits=%u qbits=%u fbits=%u/%u n=%d\n",
+                   pbits, req_qbits, qbits, fbits, n  );
     prime = mpi_alloc( (pbits + BITS_PER_MPI_LIMB - 1) /  BITS_PER_MPI_LIMB );
-    q = gen_prime( qbits, 0, 2 );
+    q = gen_prime( qbits, 0, 1 );
+    q_factor = mode==1? gen_prime( req_qbits, 0, 1 ) : NULL;
 
     /* allocate an array to hold the factors + 2 for later usage */
     factors = m_alloc_clear( (n+2) * sizeof *factors );
 
     /* make a pool of 3n+5 primes (this is an arbitrary value) */
     m = n*3+5;
+    if( mode == 1 )
+       m += 5; /* need some more for DSA */
     if( m < 25 )
        m = 25;
     pool = m_alloc_clear( m * sizeof *pool );
@@ -112,7 +132,7 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
            perms = m_alloc_clear( m );
            for(i=0; i < n; i++ ) {
                perms[i] = 1;
-               pool[i] = gen_prime( fbits, 0, 2 );
+               pool[i] = gen_prime( fbits, 0, 1 );
                factors[i] = pool[i];
            }
        }
@@ -121,7 +141,7 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
            for(i=j=0; i < m && j < n ; i++ )
                if( perms[i] ) {
                    if( !pool[i] )
-                       pool[i] = gen_prime( fbits, 0, 2 );
+                       pool[i] = gen_prime( fbits, 0, 1 );
                    factors[j++] = pool[i];
                }
            if( i == n ) {
@@ -133,6 +153,8 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
 
        mpi_set( prime, q );
        mpi_mul_ui( prime, prime, 2 );
+       if( mode == 1 )
+           mpi_mul( prime, prime, q_factor );
        for(i=0; i < n; i++ )
            mpi_mul( prime, prime, factors[i] );
        mpi_add_ui( prime, prime, 1 );
@@ -142,7 +164,7 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
                count1 = 0;
                qbits++;
                fputc('>', stderr);
-               q = gen_prime( qbits, 0, 2 );
+               q = gen_prime( qbits, 0, 1 );
                goto next_try;
            }
        }
@@ -153,7 +175,7 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
                count2 = 0;
                qbits--;
                fputc('<', stderr);
-               q = gen_prime( qbits, 0, 2 );
+               q = gen_prime( qbits, 0, 1 );
                goto next_try;
            }
        }
@@ -161,24 +183,43 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
            count2 = 0;
     } while( !(nprime == pbits && check_prime( prime )) );
 
-
     if( DBG_CIPHER ) {
        putc('\n', stderr);
        log_mpidump( "prime    : ", prime );
        log_mpidump( "factor  q: ", q );
+       if( mode == 1 )
+           log_mpidump( "factor q0: ", q_factor );
        for(i=0; i < n; i++ )
            log_mpidump( "factor pi: ", factors[i] );
        log_debug("bit sizes: prime=%u, q=%u", mpi_get_nbits(prime), mpi_get_nbits(q) );
+       if( mode == 1 )
+           fprintf(stderr, ", q0=%u", mpi_get_nbits(q_factor) );
        for(i=0; i < n; i++ )
            fprintf(stderr, ", p%d=%u", i, mpi_get_nbits(factors[i]) );
        putc('\n', stderr);
     }
 
+    if( ret_factors ) { /* caller wants the factors */
+       *ret_factors = m_alloc_clear( (n+2) * sizeof **ret_factors);
+       if( mode == 1 ) {
+           i = 0;
+           (*ret_factors)[i++] = mpi_copy( q_factor );
+           for(; i <= n; i++ )
+               (*ret_factors)[i] = mpi_copy( factors[i] );
+       }
+       else {
+           for(; i < n; i++ )
+               (*ret_factors)[i] = mpi_copy( factors[i] );
+       }
+    }
+
     if( g ) { /* create a generator (start with 3)*/
        MPI tmp   = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(prime) );
        MPI b     = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(prime) );
        MPI pmin1 = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(prime) );
 
+       if( mode == 1 )
+           BUG(); /* not yet implemented */
        factors[n] = q;
        factors[n+1] = mpi_alloc_set_ui(2);
        mpi_sub_ui( pmin1, prime, 1 );
@@ -192,7 +233,7 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
            else
                fputc('^', stderr);
            for(i=0; i < n+2; i++ ) {
-               fputc('~', stderr);
+               /*fputc('~', stderr);*/
                mpi_fdiv_q(tmp, pmin1, factors[i] );
                /* (no mpi_pow(), but it is okay to use this with mod prime) */
                mpi_powm(b, g, tmp, prime );
@@ -219,6 +260,7 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
 }
 
 
+
 static MPI
 gen_prime( unsigned  nbits, int secret, int randomlevel )
 {
@@ -239,7 +281,6 @@ gen_prime( unsigned  nbits, int secret, int randomlevel )
     mods = m_alloc( no_of_small_prime_numbers * sizeof *mods );
     /* make nbits fit into MPI implementation */
     nlimbs = (nbits + BITS_PER_MPI_LIMB - 1) / BITS_PER_MPI_LIMB;
-    assert( nlimbs );
     val_2  = mpi_alloc( nlimbs );
     mpi_set_ui(val_2, 2);
     val_3  = mpi_alloc( nlimbs );
@@ -249,8 +290,15 @@ gen_prime( unsigned  nbits, int secret, int randomlevel )
     count1 = count2 = 0;
     /* enter (endless) loop */
     for(;;) {
+       int dotcount=0;
+
        /* generate a random number */
-       mpi_set_bytes( prime, nbits, get_random_byte, randomlevel );
+       /*mpi_set_bytes( prime, nbits, get_random_byte, randomlevel );*/
+       {   char *p = get_random_bits( nbits, randomlevel, secret );
+           mpi_set_buffer( prime, p, (nbits+7)/8, 0 );
+           m_free(p);
+       }
+
        /* set high order bit to 1, set low order bit to 1 */
        mpi_set_highbit( prime, nbits-1 );
        mpi_set_bit( prime, 0 );
@@ -304,14 +352,17 @@ gen_prime( unsigned  nbits, int secret, int randomlevel )
                m_free(mods);
                return prime;
            }
-           fputc('.', stderr);
+           if( ++dotcount == 10 ) {
+               fputc('.', stderr);
+               dotcount = 0;
+           }
        }
        fputc(':', stderr); /* restart with a new random value */
     }
 }
 
 /****************
- * Returns: true if this is may me a prime
+ * Returns: true if this may be a prime
  */
 static int
 check_prime( MPI prime )
@@ -319,8 +370,6 @@ check_prime( MPI prime )
     int i;
     unsigned x;
     int count=0;
-    MPI result;
-    MPI val_2;
 
     /* check against small primes */
     for(i=0; (x = small_prime_numbers[i]); i++ ) {
@@ -351,7 +400,7 @@ check_prime( MPI prime )
 
 
 /****************
- * Return true if n is propably a prime
+ * Return true if n is probably a prime
  */
 static int
 is_prime( MPI n, int steps, int *count )
@@ -379,10 +428,16 @@ is_prime( MPI n, int steps, int *count )
            mpi_set_ui( x, 2 );
        }
        else {
-           mpi_set_bytes( x, nbits-1, get_random_byte, 0 );
-           /* work around a bug in mpi_set_bytes */
-           if( mpi_test_bit( x, nbits-2 ) )
+           /*mpi_set_bytes( x, nbits-1, get_random_byte, 0 );*/
+           {   char *p = get_random_bits( nbits, 0, 0 );
+               mpi_set_buffer( x, p, (nbits+7)/8, 0 );
+               m_free(p);
+           }
+           /* make sure that the number is smaller than the prime
+            * and keep the randomness of the high bit */
+           if( mpi_test_bit( x, nbits-2 ) ) {
                mpi_set_highbit( x, nbits-2 ); /* clear all higher bits */
+           }
            else {
                mpi_set_highbit( x, nbits-2 );
                mpi_clear_bit( x, nbits-2 );
@@ -431,7 +486,7 @@ m_out_of_n( char *array, int m, int n )
                array[i] = 1;
                return;
            }
-       log_bug(NULL);
+       BUG();
     }
 
     for(j=1; j < n; j++ ) {