This commit was manufactured by cvs2svn to create branch 'vserver'.
[linux-2.6.git] / crypto / mpi / mpih-mul.c
diff --git a/crypto/mpi/mpih-mul.c b/crypto/mpi/mpih-mul.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..c4eaca7
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,547 @@
+/* mpihelp-mul.c  -  MPI helper functions
+ * Copyright (C) 1994, 1996, 1998, 1999,
+ *               2000 Free Software Foundation, Inc.
+ *
+ * This file is part of GnuPG.
+ *
+ * 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.
+ *
+ * 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.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License
+ * along with this program; if not, write to the Free Software
+ * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA
+ *
+ * Note: This code is heavily based on the GNU MP Library.
+ *      Actually it's the same code with only minor changes in the
+ *      way the data is stored; this is to support the abstraction
+ *      of an optional secure memory allocation which may be used
+ *      to avoid revealing of sensitive data due to paging etc.
+ *      The GNU MP Library itself is published under the LGPL;
+ *      however I decided to publish this code under the plain GPL.
+ */
+
+#include <linux/string.h>
+#include "mpi-internal.h"
+#include "longlong.h"
+
+
+
+#define MPN_MUL_N_RECURSE(prodp, up, vp, size, tspace) \
+    do {                                               \
+       if( (size) < KARATSUBA_THRESHOLD )              \
+           mul_n_basecase (prodp, up, vp, size);       \
+       else                                            \
+           mul_n (prodp, up, vp, size, tspace);        \
+    } while (0);
+
+#define MPN_SQR_N_RECURSE(prodp, up, size, tspace) \
+    do {                                           \
+       if ((size) < KARATSUBA_THRESHOLD)           \
+           mpih_sqr_n_basecase (prodp, up, size);       \
+       else                                        \
+           mpih_sqr_n (prodp, up, size, tspace);        \
+    } while (0);
+
+
+
+
+/* Multiply the natural numbers u (pointed to by UP) and v (pointed to by VP),
+ * both with SIZE limbs, and store the result at PRODP.  2 * SIZE limbs are
+ * always stored.  Return the most significant limb.
+ *
+ * Argument constraints:
+ * 1. PRODP != UP and PRODP != VP, i.e. the destination
+ *    must be distinct from the multiplier and the multiplicand.
+ *
+ *
+ * Handle simple cases with traditional multiplication.
+ *
+ * This is the most critical code of multiplication.  All multiplies rely
+ * on this, both small and huge.  Small ones arrive here immediately.  Huge
+ * ones arrive here as this is the base case for Karatsuba's recursive
+ * algorithm below.
+ */
+
+static mpi_limb_t
+mul_n_basecase( mpi_ptr_t prodp, mpi_ptr_t up,
+                                mpi_ptr_t vp, mpi_size_t size)
+{
+    mpi_size_t i;
+    mpi_limb_t cy;
+    mpi_limb_t v_limb;
+
+    /* Multiply by the first limb in V separately, as the result can be
+     * stored (not added) to PROD.  We also avoid a loop for zeroing.  */
+    v_limb = vp[0];
+    if( v_limb <= 1 ) {
+       if( v_limb == 1 )
+           MPN_COPY( prodp, up, size );
+       else
+           MPN_ZERO( prodp, size );
+       cy = 0;
+    }
+    else
+       cy = mpihelp_mul_1( prodp, up, size, v_limb );
+
+    prodp[size] = cy;
+    prodp++;
+
+    /* For each iteration in the outer loop, multiply one limb from
+     * U with one limb from V, and add it to PROD.  */
+    for( i = 1; i < size; i++ ) {
+       v_limb = vp[i];
+       if( v_limb <= 1 ) {
+           cy = 0;
+           if( v_limb == 1 )
+              cy = mpihelp_add_n(prodp, prodp, up, size);
+       }
+       else
+           cy = mpihelp_addmul_1(prodp, up, size, v_limb);
+
+       prodp[size] = cy;
+       prodp++;
+    }
+
+    return cy;
+}
+
+
+static void
+mul_n( mpi_ptr_t prodp, mpi_ptr_t up, mpi_ptr_t vp,
+                       mpi_size_t size, mpi_ptr_t tspace )
+{
+    if( size & 1 ) {
+      /* The size is odd, and the code below doesn't handle that.
+       * Multiply the least significant (size - 1) limbs with a recursive
+       * call, and handle the most significant limb of S1 and S2
+       * separately.
+       * A slightly faster way to do this would be to make the Karatsuba
+       * code below behave as if the size were even, and let it check for
+       * odd size in the end.  I.e., in essence move this code to the end.
+       * Doing so would save us a recursive call, and potentially make the
+       * stack grow a lot less.
+       */
+      mpi_size_t esize = size - 1;      /* even size */
+      mpi_limb_t cy_limb;
+
+      MPN_MUL_N_RECURSE( prodp, up, vp, esize, tspace );
+      cy_limb = mpihelp_addmul_1( prodp + esize, up, esize, vp[esize] );
+      prodp[esize + esize] = cy_limb;
+      cy_limb = mpihelp_addmul_1( prodp + esize, vp, size, up[esize] );
+      prodp[esize + size] = cy_limb;
+    }
+    else {
+       /* Anatolij Alekseevich Karatsuba's divide-and-conquer algorithm.
+        *
+        * Split U in two pieces, U1 and U0, such that
+        * U = U0 + U1*(B**n),
+        * and V in V1 and V0, such that
+        * V = V0 + V1*(B**n).
+        *
+        * UV is then computed recursively using the identity
+        *
+        *        2n   n          n                     n
+        * UV = (B  + B )U V  +  B (U -U )(V -V )  +  (B + 1)U V
+        *                1 1        1  0   0  1              0 0
+        *
+        * Where B = 2**BITS_PER_MP_LIMB.
+        */
+       mpi_size_t hsize = size >> 1;
+       mpi_limb_t cy;
+       int negflg;
+
+       /* Product H.      ________________  ________________
+        *                |_____U1 x V1____||____U0 x V0_____|
+        * Put result in upper part of PROD and pass low part of TSPACE
+        * as new TSPACE.
+        */
+       MPN_MUL_N_RECURSE(prodp + size, up + hsize, vp + hsize, hsize, tspace);
+
+       /* Product M.      ________________
+        *                |_(U1-U0)(V0-V1)_|
+        */
+       if( mpihelp_cmp(up + hsize, up, hsize) >= 0 ) {
+           mpihelp_sub_n(prodp, up + hsize, up, hsize);
+           negflg = 0;
+       }
+       else {
+           mpihelp_sub_n(prodp, up, up + hsize, hsize);
+           negflg = 1;
+       }
+       if( mpihelp_cmp(vp + hsize, vp, hsize) >= 0 ) {
+           mpihelp_sub_n(prodp + hsize, vp + hsize, vp, hsize);
+           negflg ^= 1;
+       }
+       else {
+           mpihelp_sub_n(prodp + hsize, vp, vp + hsize, hsize);
+           /* No change of NEGFLG.  */
+       }
+       /* Read temporary operands from low part of PROD.
+        * Put result in low part of TSPACE using upper part of TSPACE
+        * as new TSPACE.
+        */
+       MPN_MUL_N_RECURSE(tspace, prodp, prodp + hsize, hsize, tspace + size);
+
+       /* Add/copy product H. */
+       MPN_COPY (prodp + hsize, prodp + size, hsize);
+       cy = mpihelp_add_n( prodp + size, prodp + size,
+                           prodp + size + hsize, hsize);
+
+       /* Add product M (if NEGFLG M is a negative number) */
+       if(negflg)
+           cy -= mpihelp_sub_n(prodp + hsize, prodp + hsize, tspace, size);
+       else
+           cy += mpihelp_add_n(prodp + hsize, prodp + hsize, tspace, size);
+
+       /* Product L.      ________________  ________________
+        *                |________________||____U0 x V0_____|
+        * Read temporary operands from low part of PROD.
+        * Put result in low part of TSPACE using upper part of TSPACE
+        * as new TSPACE.
+        */
+       MPN_MUL_N_RECURSE(tspace, up, vp, hsize, tspace + size);
+
+       /* Add/copy Product L (twice) */
+
+       cy += mpihelp_add_n(prodp + hsize, prodp + hsize, tspace, size);
+       if( cy )
+         mpihelp_add_1(prodp + hsize + size, prodp + hsize + size, hsize, cy);
+
+       MPN_COPY(prodp, tspace, hsize);
+       cy = mpihelp_add_n(prodp + hsize, prodp + hsize, tspace + hsize, hsize);
+       if( cy )
+           mpihelp_add_1(prodp + size, prodp + size, size, 1);
+    }
+}
+
+
+void
+mpih_sqr_n_basecase( mpi_ptr_t prodp, mpi_ptr_t up, mpi_size_t size )
+{
+    mpi_size_t i;
+    mpi_limb_t cy_limb;
+    mpi_limb_t v_limb;
+
+    /* Multiply by the first limb in V separately, as the result can be
+     * stored (not added) to PROD.  We also avoid a loop for zeroing.  */
+    v_limb = up[0];
+    if( v_limb <= 1 ) {
+       if( v_limb == 1 )
+           MPN_COPY( prodp, up, size );
+       else
+           MPN_ZERO(prodp, size);
+       cy_limb = 0;
+    }
+    else
+       cy_limb = mpihelp_mul_1( prodp, up, size, v_limb );
+
+    prodp[size] = cy_limb;
+    prodp++;
+
+    /* For each iteration in the outer loop, multiply one limb from
+     * U with one limb from V, and add it to PROD.  */
+    for( i=1; i < size; i++) {
+       v_limb = up[i];
+       if( v_limb <= 1 ) {
+           cy_limb = 0;
+           if( v_limb == 1 )
+               cy_limb = mpihelp_add_n(prodp, prodp, up, size);
+       }
+       else
+           cy_limb = mpihelp_addmul_1(prodp, up, size, v_limb);
+
+       prodp[size] = cy_limb;
+       prodp++;
+    }
+}
+
+
+void
+mpih_sqr_n( mpi_ptr_t prodp, mpi_ptr_t up, mpi_size_t size, mpi_ptr_t tspace)
+{
+    if( size & 1 ) {
+       /* The size is odd, and the code below doesn't handle that.
+        * Multiply the least significant (size - 1) limbs with a recursive
+        * call, and handle the most significant limb of S1 and S2
+        * separately.
+        * A slightly faster way to do this would be to make the Karatsuba
+        * code below behave as if the size were even, and let it check for
+        * odd size in the end.  I.e., in essence move this code to the end.
+        * Doing so would save us a recursive call, and potentially make the
+        * stack grow a lot less.
+        */
+       mpi_size_t esize = size - 1;       /* even size */
+       mpi_limb_t cy_limb;
+
+       MPN_SQR_N_RECURSE( prodp, up, esize, tspace );
+       cy_limb = mpihelp_addmul_1( prodp + esize, up, esize, up[esize] );
+       prodp[esize + esize] = cy_limb;
+       cy_limb = mpihelp_addmul_1( prodp + esize, up, size, up[esize] );
+
+       prodp[esize + size] = cy_limb;
+    }
+    else {
+       mpi_size_t hsize = size >> 1;
+       mpi_limb_t cy;
+
+       /* Product H.      ________________  ________________
+        *                |_____U1 x U1____||____U0 x U0_____|
+        * Put result in upper part of PROD and pass low part of TSPACE
+        * as new TSPACE.
+        */
+       MPN_SQR_N_RECURSE(prodp + size, up + hsize, hsize, tspace);
+
+       /* Product M.      ________________
+        *                |_(U1-U0)(U0-U1)_|
+        */
+       if( mpihelp_cmp( up + hsize, up, hsize) >= 0 )
+           mpihelp_sub_n( prodp, up + hsize, up, hsize);
+       else
+           mpihelp_sub_n (prodp, up, up + hsize, hsize);
+
+       /* Read temporary operands from low part of PROD.
+        * Put result in low part of TSPACE using upper part of TSPACE
+        * as new TSPACE.  */
+       MPN_SQR_N_RECURSE(tspace, prodp, hsize, tspace + size);
+
+       /* Add/copy product H  */
+       MPN_COPY(prodp + hsize, prodp + size, hsize);
+       cy = mpihelp_add_n(prodp + size, prodp + size,
+                          prodp + size + hsize, hsize);
+
+       /* Add product M (if NEGFLG M is a negative number).  */
+       cy -= mpihelp_sub_n (prodp + hsize, prodp + hsize, tspace, size);
+
+       /* Product L.      ________________  ________________
+        *                |________________||____U0 x U0_____|
+        * Read temporary operands from low part of PROD.
+        * Put result in low part of TSPACE using upper part of TSPACE
+        * as new TSPACE.  */
+       MPN_SQR_N_RECURSE (tspace, up, hsize, tspace + size);
+
+       /* Add/copy Product L (twice).  */
+       cy += mpihelp_add_n (prodp + hsize, prodp + hsize, tspace, size);
+       if( cy )
+           mpihelp_add_1(prodp + hsize + size, prodp + hsize + size,
+                                                           hsize, cy);
+
+       MPN_COPY(prodp, tspace, hsize);
+       cy = mpihelp_add_n (prodp + hsize, prodp + hsize, tspace + hsize, hsize);
+       if( cy )
+           mpihelp_add_1 (prodp + size, prodp + size, size, 1);
+    }
+}
+
+
+/* This should be made into an inline function in gmp.h.  */
+int
+mpihelp_mul_n( mpi_ptr_t prodp, mpi_ptr_t up, mpi_ptr_t vp, mpi_size_t size)
+{
+    if( up == vp ) {
+       if( size < KARATSUBA_THRESHOLD )
+           mpih_sqr_n_basecase( prodp, up, size );
+       else {
+           mpi_ptr_t tspace;
+           tspace = mpi_alloc_limb_space( 2 * size );
+           if (!tspace)
+                   return -ENOMEM;
+           mpih_sqr_n( prodp, up, size, tspace );
+           mpi_free_limb_space( tspace );
+       }
+    }
+    else {
+       if( size < KARATSUBA_THRESHOLD )
+           mul_n_basecase( prodp, up, vp, size );
+       else {
+           mpi_ptr_t tspace;
+           tspace = mpi_alloc_limb_space( 2 * size );
+           if (!tspace)
+                   return -ENOMEM;
+           mul_n (prodp, up, vp, size, tspace);
+           mpi_free_limb_space( tspace );
+       }
+    }
+
+    return 0;
+}
+
+
+
+int
+mpihelp_mul_karatsuba_case( mpi_ptr_t prodp,
+                           mpi_ptr_t up, mpi_size_t usize,
+                           mpi_ptr_t vp, mpi_size_t vsize,
+                           struct karatsuba_ctx *ctx )
+{
+    mpi_limb_t cy;
+
+    if( !ctx->tspace || ctx->tspace_size < vsize ) {
+       if( ctx->tspace )
+           mpi_free_limb_space( ctx->tspace );
+       ctx->tspace = mpi_alloc_limb_space( 2 * vsize);
+       if (!ctx->tspace)
+               return -ENOMEM;
+       ctx->tspace_size = vsize;
+    }
+
+    MPN_MUL_N_RECURSE( prodp, up, vp, vsize, ctx->tspace );
+
+    prodp += vsize;
+    up += vsize;
+    usize -= vsize;
+    if( usize >= vsize ) {
+       if( !ctx->tp || ctx->tp_size < vsize ) {
+           if( ctx->tp )
+               mpi_free_limb_space( ctx->tp );
+           ctx->tp = mpi_alloc_limb_space( 2 * vsize );
+           if (!ctx->tp) {
+                   if( ctx->tspace )
+                           mpi_free_limb_space( ctx->tspace );
+                   ctx->tspace = NULL;
+                   return -ENOMEM;
+           }
+           ctx->tp_size = vsize;
+       }
+
+       do {
+           MPN_MUL_N_RECURSE( ctx->tp, up, vp, vsize, ctx->tspace );
+           cy = mpihelp_add_n( prodp, prodp, ctx->tp, vsize );
+           mpihelp_add_1( prodp + vsize, ctx->tp + vsize, vsize, cy );
+           prodp += vsize;
+           up += vsize;
+           usize -= vsize;
+       } while( usize >= vsize );
+    }
+
+    if( usize ) {
+       if( usize < KARATSUBA_THRESHOLD ) {
+               mpi_limb_t tmp;
+               if (mpihelp_mul( ctx->tspace, vp, vsize, up, usize, &tmp) < 0)
+                       return -ENOMEM;
+       }
+       else {
+           if( !ctx->next ) {
+               ctx->next = kmalloc( sizeof *ctx, GFP_KERNEL );
+               if (!ctx->next)
+                       return -ENOMEM;
+               memset(ctx->next, 0, sizeof(ctx));
+           }
+           if (mpihelp_mul_karatsuba_case( ctx->tspace,
+                                           vp, vsize,
+                                           up, usize,
+                                           ctx->next ) < 0)
+                   return -ENOMEM;
+       }
+
+       cy = mpihelp_add_n( prodp, prodp, ctx->tspace, vsize);
+       mpihelp_add_1( prodp + vsize, ctx->tspace + vsize, usize, cy );
+    }
+
+    return 0;
+}
+
+
+void
+mpihelp_release_karatsuba_ctx( struct karatsuba_ctx *ctx )
+{
+    struct karatsuba_ctx *ctx2;
+
+    if( ctx->tp )
+       mpi_free_limb_space( ctx->tp );
+    if( ctx->tspace )
+       mpi_free_limb_space( ctx->tspace );
+    for( ctx=ctx->next; ctx; ctx = ctx2 ) {
+       ctx2 = ctx->next;
+       if( ctx->tp )
+           mpi_free_limb_space( ctx->tp );
+       if( ctx->tspace )
+           mpi_free_limb_space( ctx->tspace );
+       kfree( ctx );
+    }
+}
+
+/* Multiply the natural numbers u (pointed to by UP, with USIZE limbs)
+ * and v (pointed to by VP, with VSIZE limbs), and store the result at
+ * PRODP.  USIZE + VSIZE limbs are always stored, but if the input
+ * operands are normalized.  Return the most significant limb of the
+ * result.
+ *
+ * NOTE: The space pointed to by PRODP is overwritten before finished
+ * with U and V, so overlap is an error.
+ *
+ * Argument constraints:
+ * 1. USIZE >= VSIZE.
+ * 2. PRODP != UP and PRODP != VP, i.e. the destination
+ *    must be distinct from the multiplier and the multiplicand.
+ */
+
+int
+mpihelp_mul( mpi_ptr_t prodp, mpi_ptr_t up, mpi_size_t usize,
+            mpi_ptr_t vp, mpi_size_t vsize,
+            mpi_limb_t *_result)
+{
+    mpi_ptr_t prod_endp = prodp + usize + vsize - 1;
+    mpi_limb_t cy;
+    struct karatsuba_ctx ctx;
+
+    if( vsize < KARATSUBA_THRESHOLD ) {
+       mpi_size_t i;
+       mpi_limb_t v_limb;
+
+       if( !vsize ) {
+               *_result = 0;
+               return 0;
+       }
+
+       /* Multiply by the first limb in V separately, as the result can be
+        * stored (not added) to PROD.  We also avoid a loop for zeroing.  */
+       v_limb = vp[0];
+       if( v_limb <= 1 ) {
+           if( v_limb == 1 )
+               MPN_COPY( prodp, up, usize );
+           else
+               MPN_ZERO( prodp, usize );
+           cy = 0;
+       }
+       else
+           cy = mpihelp_mul_1( prodp, up, usize, v_limb );
+
+       prodp[usize] = cy;
+       prodp++;
+
+       /* For each iteration in the outer loop, multiply one limb from
+        * U with one limb from V, and add it to PROD.  */
+       for( i = 1; i < vsize; i++ ) {
+           v_limb = vp[i];
+           if( v_limb <= 1 ) {
+               cy = 0;
+               if( v_limb == 1 )
+                  cy = mpihelp_add_n(prodp, prodp, up, usize);
+           }
+           else
+               cy = mpihelp_addmul_1(prodp, up, usize, v_limb);
+
+           prodp[usize] = cy;
+           prodp++;
+       }
+
+       *_result = cy;
+       return 0;
+    }
+
+    memset( &ctx, 0, sizeof ctx );
+    if (mpihelp_mul_karatsuba_case( prodp, up, usize, vp, vsize, &ctx ) < 0)
+           return -ENOMEM;
+    mpihelp_release_karatsuba_ctx( &ctx );
+    *_result = *prod_endp;
+    return 0;
+}
+
+