See ChangeLog: Wed Dec 23 13:34:22 CET 1998 Werner Koch
[libgcrypt.git] / cipher / primegen.c
index b7029c4..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.
@@ -52,73 +52,98 @@ generate_public_prime( unsigned  nbits )
 {
     MPI prime;
 
-    prime = gen_prime( nbits, 0, 1 ); /* fixme: change to 2 */
+    prime = gen_prime( nbits, 0, 2 );
     fputc('\n', stderr);
     return prime;
 }
 
 
+/****************
+ * 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++;
-    qbits++; /* one mpre to increase tzhe chance to get a weel formed prime*/
-    log_debug("gen prime: pbits=%u qbits=%u fbits=%u n=%d\n",
-                   pbits, qbits, fbits, n  );
-
+    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/%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, 0 ); /* fixme: should be 2 */
-    fputc('\n', stderr);
+    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 2n+5 primes (this is an arbitrary value) */
-    m = n*2+5;
-    if( m < 20 )
-       m = 20;
+    /* 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 );
 
     /* permutate over the pool of primes */
+    count1=count2=0;
     do {
       next_try:
        if( !perms ) {
            /* allocate new primes */
            for(i=0; i < m; i++ ) {
                mpi_free(pool[i]);
-               pool[i] = gen_prime( fbits, 0, 0 ); /* fixme: should be 2 */
+               pool[i] = NULL;
            }
-           fputc('\n', stderr);
            /* init m_out_of_n() */
            perms = m_alloc_clear( m );
            for(i=0; i < n; i++ ) {
                perms[i] = 1;
+               pool[i] = gen_prime( fbits, 0, 1 );
                factors[i] = pool[i];
            }
        }
        else {
            m_out_of_n( perms, n, m );
            for(i=j=0; i < m && j < n ; i++ )
-               if( perms[i] )
+               if( perms[i] ) {
+                   if( !pool[i] )
+                       pool[i] = gen_prime( fbits, 0, 1 );
                    factors[j++] = pool[i];
+               }
            if( i == n ) {
                m_free(perms); perms = NULL;
                fputc('!', stderr);
@@ -128,49 +153,103 @@ 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 );
-    } while( !( mpi_get_nbits( prime ) == pbits && check_prime( prime )) );
-    putc('\n', stderr);
-
+       nprime = mpi_get_nbits(prime);
+       if( nprime < pbits ) {
+           if( ++count1 > 20 ) {
+               count1 = 0;
+               qbits++;
+               fputc('>', stderr);
+               q = gen_prime( qbits, 0, 1 );
+               goto next_try;
+           }
+       }
+       else
+           count1 = 0;
+       if( nprime > pbits ) {
+           if( ++count2 > 20 ) {
+               count2 = 0;
+               qbits--;
+               fputc('<', stderr);
+               q = gen_prime( qbits, 0, 1 );
+               goto next_try;
+           }
+       }
+       else
+           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);
+    }
 
-    log_mpidump( "prime    : ", prime );
-    log_mpidump( "factor  q: ", q );
-    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) );
-    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 );
        mpi_set_ui(g,2);
        do {
            mpi_add_ui(g, g, 1);
-           log_mpidump("checking g: ", g );
+           if( DBG_CIPHER ) {
+               log_debug("checking g: ");
+               mpi_print( stderr, g, 1 );
+           }
+           else
+               fputc('^', stderr);
            for(i=0; i < n+2; i++ ) {
-               log_mpidump("   against: ", factors[i] );
+               /*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 );
                if( !mpi_cmp_ui(b, 1) )
                    break;
            }
-       } while( i < n );
+           if( DBG_CIPHER )
+               fputc('\n', stderr);
+       } while( i < n+2 );
        mpi_free(factors[n+1]);
        mpi_free(tmp);
        mpi_free(b);
        mpi_free(pmin1);
-       log_mpidump("found    g: ", g );
     }
+    if( !DBG_CIPHER )
+       putc('\n', stderr);
 
     m_free( factors ); /* (factors are shallow copies) */
     for(i=0; i < m; i++ )
@@ -181,6 +260,7 @@ generate_elg_prime( unsigned pbits, unsigned qbits, MPI g )
 }
 
 
+
 static MPI
 gen_prime( unsigned  nbits, int secret, int randomlevel )
 {
@@ -201,7 +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 );
@@ -211,8 +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 );
@@ -232,7 +318,6 @@ gen_prime( unsigned  nbits, int secret, int randomlevel )
            }
            if( x )
                continue;   /* found a multiple of a already known prime */
-           fputc('.', stderr);
 
            mpi_add_ui( prime, prime, step );
 
@@ -267,13 +352,17 @@ gen_prime( unsigned  nbits, int secret, int randomlevel )
                m_free(mods);
                return prime;
            }
+           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 )
@@ -281,15 +370,12 @@ 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++ ) {
        if( mpi_divisible_ui( prime, x ) )
            return 0;
     }
-    fputc('.', stderr);
 
   #if 0
     result = mpi_alloc( mpi_get_nlimbs(prime) );
@@ -308,12 +394,13 @@ check_prime( MPI prime )
     /* perform stronger tests */
     if( is_prime(prime, 5, &count ) )
        return 1; /* is probably a prime */
+    fputc('.', stderr);
     return 0;
 }
 
 
 /****************
- * 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 )
@@ -341,10 +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 );
@@ -393,7 +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++ ) {