chiark / gitweb /
rand/rand.c: Mix the pool key in `rand_gate' and `rand_stretch'.
[catacomb] / math / mpbarrett.c
1 /* -*-c-*-
2  *
3  * Barrett modular reduction
4  *
5  * (c) 1999 Straylight/Edgeware
6  */
7
8 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
9  *
10  * This file is part of Catacomb.
11  *
12  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
13  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
14  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
15  * License, or (at your option) any later version.
16  *
17  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
20  * GNU Library General Public License for more details.
21  *
22  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
23  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
24  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
25  * MA 02111-1307, USA.
26  */
27
28 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
29
30 #include "mp.h"
31 #include "mpbarrett.h"
32
33 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
34
35 /* --- @mpbarrett_create@ --- *
36  *
37  * Arguments:   @mpbarrett *mb@ = pointer to Barrett reduction context
38  *              @mp *m@ = modulus to work to
39  *
40  *
41  * Returns:     Zero on success, nonzero on error.
42  *
43  * Use:         Initializes a Barrett reduction context ready for use.
44  */
45
46 int mpbarrett_create(mpbarrett *mb, mp *m)
47 {
48   mp *b;
49
50   /* --- Validate the arguments --- */
51
52   if (!MP_POSP(m))
53     return (-1);
54
55   /* --- Compute %$\mu$% --- */
56
57   mp_shrink(m);
58   mb->k = MP_LEN(m);
59   mb->m = MP_COPY(m);
60   b = mp_new(2 * mb->k + 1, 0);
61   MPX_ZERO(b->v, b->vl - 1);
62   b->vl[-1] = 1;
63   mp_div(&b, 0, b, m);
64   mb->mu = b;
65   return (0);
66 }
67
68 /* --- @mpbarrett_destroy@ --- *
69  *
70  * Arguments:   @mpbarrett *mb@ = pointer to Barrett reduction context
71  *
72  * Returns:     ---
73  *
74  * Use:         Destroys a Barrett reduction context releasing any resources
75  *              claimed.
76  */
77
78 void mpbarrett_destroy(mpbarrett *mb)
79 {
80   mp_drop(mb->m);
81   mp_drop(mb->mu);
82 }
83
84 /* --- @mpbarrett_reduce@ --- *
85  *
86  * Arguments:   @const mpbarrett *mb@ = pointer to Barrett reduction context
87  *              @mp *d@ = destination for result
88  *              @mp *m@ = number to reduce
89  *
90  * Returns:     The residue of @m@ modulo the number in the reduction
91  *              context.
92  *
93  * Use:         Performs an efficient modular reduction.
94  */
95
96 mp *mpbarrett_reduce(const mpbarrett *mb, mp *d, mp *m)
97 {
98   mp *q;
99   size_t k = mb->k;
100
101   /* --- Special case if @m@ is too small --- */
102
103   if (MP_LEN(m) < k) {
104     m = MP_COPY(m);
105     if (d)
106       MP_DROP(d);
107     return (m);
108   }
109
110   /* --- First stage --- */
111
112   {
113     mp qq;
114     mp_build(&qq, m->v + (k - 1), m->vl);
115     q = mp_mul(MP_NEW, &qq, mb->mu);
116     if (MP_LEN(q) <= k) {
117       m = MP_COPY(m);
118       if (d)
119         MP_DROP(d);
120       MP_DROP(q);
121       return (m);
122     }
123   }
124
125   /* --- Second stage --- */
126
127   {
128     mp *r;
129     mpw *mvl;
130
131     MP_COPY(m);
132     if (MP_LEN(m) <= k + 1)
133       mvl = m->vl;
134     else
135       mvl = m->v + k + 1;
136     r = mp_new(k + 1, (q->f | mb->m->f) & MP_BURN);
137     mpx_umul(r->v, r->vl, q->v + k + 1, q->vl, mb->m->v, mb->m->vl);
138     MP_DEST(d, k + 1, r->f | MP_UNDEF);
139     mpx_usub(d->v, d->vl, m->v, mvl, r->v, r->vl);
140     d->f = (m->f | r->f) & (MP_BURN | MP_NEG);
141     MP_DROP(r);
142     MP_DROP(q);
143     MP_DROP(m);
144   }
145
146   /* --- Final stage --- */
147
148   MP_SHRINK(d);
149   while (MPX_UCMP(d->v, d->vl, >=, mb->m->v, mb->m->vl))
150     mpx_usub(d->v, d->vl, d->v, d->vl, mb->m->v, mb->m->vl);
151
152   /* --- Fix up the sign --- */
153
154   if (d->f & MP_NEG) {
155     mpx_usub(d->v, d->vl, mb->m->v, mb->m->vl, d->v, d->vl);
156     d->f &= ~MP_NEG;
157   }
158
159   MP_SHRINK(d);
160   return (d);
161 }
162
163 /*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
164
165 #ifdef TEST_RIG
166
167 static int vmod(dstr *v)
168 {
169   mp *x = *(mp **)v[0].buf;
170   mp *n = *(mp **)v[1].buf;
171   mp *r = *(mp **)v[2].buf;
172   mp *s;
173   mpbarrett mb;
174   int ok = 1;
175
176   mpbarrett_create(&mb, n);
177   s = mpbarrett_reduce(&mb, MP_NEW, x);
178
179   if (!MP_EQ(s, r)) {
180     fputs("\n*** barrett reduction failure\n", stderr);
181     fputs("x = ", stderr); mp_writefile(x, stderr, 10); fputc('\n', stderr);
182     fputs("n = ", stderr); mp_writefile(n, stderr, 10); fputc('\n', stderr);
183     fputs("r = ", stderr); mp_writefile(r, stderr, 10); fputc('\n', stderr);
184     fputs("s = ", stderr); mp_writefile(s, stderr, 10); fputc('\n', stderr);
185     ok = 0;
186   }
187
188   mpbarrett_destroy(&mb);
189   mp_drop(x);
190   mp_drop(n);
191   mp_drop(r);
192   mp_drop(s);
193   assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
194   return (ok);
195 }
196
197 static test_chunk tests[] = {
198   { "mpbarrett-reduce", vmod, { &type_mp, &type_mp, &type_mp, 0 } },
199   { 0, 0, { 0 } }
200 };
201
202 int main(int argc, char *argv[])
203 {
204   sub_init();
205   test_run(argc, argv, tests, SRCDIR "/t/mpbarrett");
206   return (0);
207 }
208
209 #endif
210
211 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/