chiark - git - mdw - catacomb/blob - g-prime.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: g-prime.c,v 1.1 2004/04/01 12:50:09 mdw Exp $
   4  *
   5  * Abstraction for prime groups
   6  *
   7  * (c) 2004 Straylight/Edgeware
   8  */
   9
  10 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
  11  *
  12  * This file is part of Catacomb.
  13  *
  14  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
  15  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
  16  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  17  * License, or (at your option) any later version.
  18  *
  19  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
  20  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  21  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  22  * GNU Library General Public License for more details.
  23  *
  24  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  25  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
  26  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
  27  * MA 02111-1307, USA.
  28  */
  29
  30 /*----- Revision history --------------------------------------------------*
  31  *
  32  * $Log: g-prime.c,v $
  33  * Revision 1.1  2004/04/01 12:50:09  mdw
  34  * Add cyclic group abstraction, with test code.  Separate off exponentation
  35  * functions for better static linking.  Fix a buttload of bugs on the way.
  36  * Generally ensure that negative exponents do inversion correctly.  Add
  37  * table of standard prime-field subgroups.  (Binary field subgroups are
  38  * currently unimplemented but easy to add if anyone ever finds a good one.)
  39  *
  40  */
  41
  42 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  43
  44 #include <mLib/sub.h>
  45
  46 #include "mpmont.h"
  47 #include "pgen.h"
  48
  49 #define ge mp *
  50 #include "group.h"
  51
  52 /*----- Data structures ---------------------------------------------------*/
  53
  54 typedef struct gctx {
  55   group g;
  56   mp *gen;
  57   mpmont mm;
  58 } gctx;
  59
  60 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
  61
  62 /* --- Group operations --- */
  63
  64 static void gdestroygroup(group *gg) {
  65   gctx *g = (gctx *)gg;
  66   mp_drop(g->gen); mp_drop(g->g.r); mp_drop(g->g.h);
  67   mpmont_destroy(&g->mm);
  68   DESTROY(g);
  69 }
  70
  71 static mp **gcreate(group *gg)
  72   { mp **x = CREATE(mp *); *x = MP_COPY(*gg->i); return (x); }
  73
  74 static void gcopy(group *gg, mp **d, mp **x)
  75   { mp *t = MP_COPY(*x); MP_DROP(*d); *d = t; }
  76
  77 static void gburn(group *gg, mp **x) { (*x)->f |= MP_BURN; }
  78
  79 static void gdestroy(group *gg, mp **x) { MP_DROP(*x); DESTROY(x); }
  80
  81 static int gsamep(group *gg, group *hh)
  82   { gctx *g = (gctx *)gg, *h = (gctx *)hh; return (g->mm.m == h->mm.m); }
  83
  84 static int geq(group *gg, mp **x, mp **y) { return (MP_EQ(*x, *y)); }
  85
  86 static const char *gcheck(group *gg, grand *gr) {
  87   gctx *g = (gctx *)gg; int rc; mp *t;
  88   if (!pgen_primep(g->mm.m, gr)) return ("p is not prime");
  89   t = mp_mul(MP_NEW, g->g.r, g->g.h); t = mp_add(t, t, MP_ONE);
  90   rc = MP_EQ(t, g->mm.m); MP_DROP(t); if (!rc) return ("not a subgroup");
  91   return (group_stdcheck(gg, gr));
  92 }
  93
  94 static void gmul(group *gg, mp **d, mp **x, mp **y)
  95   { gctx *g = (gctx *)gg; *d = mpmont_mul(&g->mm, *d, *x, *y); }
  96
  97 static void gsqr(group *gg, mp **d, mp **x) {
  98   gctx *g = (gctx *)gg; mp *r = mp_sqr(*d, *x);
  99   *d = mpmont_reduce(&g->mm, r, r);
 100 }
 101
 102 static void ginv(group *gg, mp **d, mp **x) {
 103   gctx *g = (gctx *)gg; mp *r = mpmont_reduce(&g->mm, *d, *x);
 104   mp_gcd(0, 0, &r, g->mm.m, r); *d = mpmont_mul(&g->mm, r, r, g->mm.r2);
 105 }
 106
 107 static void gexp(group *gg, mp **d, mp **x, mp *n)
 108   { gctx *g = (gctx *)gg; *d = mpmont_expr(&g->mm, *d, *x, n); }
 109
 110 static void gmexp(group *gg, mp **d, const group_expfactor *f, size_t n) {
 111   gctx *g = (gctx *)gg; size_t i;
 112   mp_expfactor *ff = xmalloc(n * sizeof(mp_expfactor));
 113   for (i = 0; i < n; i++) { ff[i].base = *f[i].base; ff[i].exp = f[i].exp; }
 114   *d = mpmont_mexpr(&g->mm, *d, ff, n); xfree(ff);
 115 }
 116
 117 static int gread(group *gg, mp **d, const mptext_ops *ops, void *p) {
 118   gctx *g = (gctx *)gg; mp *t;
 119   if ((t = mp_read(MP_NEW, 0, ops, p)) == 0) return (-1);
 120   mp_drop(*d); *d = mpmont_mul(&g->mm, t, t, g->mm.r2); return (0);
 121 }
 122
 123 static int gwrite(group *gg, mp **x, const mptext_ops *ops, void *p) {
 124   gctx *g = (gctx *)gg; mp *t = mpmont_reduce(&g->mm, MP_NEW, *x);
 125   int rc = mp_write(t, 10, ops, p); MP_DROP(t); return (rc);
 126 }
 127
 128 static mp *gtoint(group *gg, mp *d, mp **x)
 129   { gctx *g = (gctx *)gg; return (mpmont_reduce(&g->mm, d, *x)); }
 130
 131 static int gfromint(group *gg, mp **d, mp *x) {
 132   gctx *g = (gctx *)gg; mp_div(0, &x, x, g->mm.m); mp_drop(*d);
 133   *d = mpmont_mul(&g->mm, x, x, g->mm.r2); return (0);
 134 }
 135
 136 static int gtobuf(group *gg, buf *b, mp **x) {
 137   gctx *g = (gctx *)gg; mp *t = mpmont_reduce(&g->mm, MP_NEW, *x);
 138   int rc = buf_putmp(b, t); MP_DROP(t); return (rc);
 139 }
 140
 141 static int gfrombuf(group *gg, buf *b, mp **d) {
 142   gctx * g = (gctx *)gg; mp *x; if ((x = buf_getmp(b)) == 0) return (-1);
 143   mp_div(0, &x, x, g->mm.r2); mp_drop(*d);
 144   *d = mpmont_mul(&g->mm, x, x, g->mm.r2); return(0);
 145 }
 146
 147 /* --- @group_prime@ --- *
 148  *
 149  * Arguments:   @const gprime_param *gp@ = group parameters
 150  *
 151  * Returns:     A pointer to the group.
 152  *
 153  * Use:         Constructs an abstract group interface for a subgroup of a
 154  *              prime field.  Group elements are @mp *@ pointers.
 155  */
 156
 157 static const group_ops gops = {
 158   GTY_PRIME,
 159   gdestroygroup, gcreate, gcopy, gburn, gdestroy,
 160   gsamep, geq, group_stdidentp,
 161   gcheck,
 162   gmul, gsqr, ginv, group_stddiv, gexp, gmexp,
 163   gread, gwrite,
 164   gtoint, gfromint, group_stdtoec, group_stdfromec, gtobuf, gfrombuf
 165 };
 166
 167 group *group_prime(const gprime_param *gp)
 168 {
 169   gctx *g = CREATE(gctx);
 170
 171   g->g.ops = &gops;
 172   g->g.nbits = mp_bits(gp->p);
 173   g->g.noctets = (g->g.nbits + 7) >> 3;
 174   mpmont_create(&g->mm, gp->p);
 175   g->g.i = &g->mm.r;
 176   g->gen = mpmont_mul(&g->mm, MP_NEW, gp->g, g->mm.r2);
 177   g->g.g = &g->gen;
 178   g->g.r = MP_COPY(gp->q);
 179   g->g.h = MP_NEW; mp_div(&g->g.h, 0, gp->p, gp->q);
 180   return (&g->g);
 181 }
 182
 183 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/