chiark / gitweb /
866533d78502f1105747db86ae289fa6b8c15a4c
[catacomb] / strongprime.c
1 /* -*-c-*-
2  *
3  * $Id: strongprime.c,v 1.5 2004/04/08 01:36:15 mdw Exp $
4  *
5  * Generate `strong' prime numbers
6  *
7  * (c) 1999 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 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
31
32 #include <mLib/dstr.h>
33
34 #include "grand.h"
35 #include "rand.h"
36 #include "mp.h"
37 #include "mpmont.h"
38 #include "mprand.h"
39 #include "pgen.h"
40 #include "pfilt.h"
41 #include "rabin.h"
42
43 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
44
45 /* --- @strongprime_setup@ --- *
46  *
47  * Arguments:   @const char *name@ = pointer to name root
48  *              @mp *d@ = destination for search start point
49  *              @pfilt *f@ = where to store filter jump context
50  *              @unsigned nbits@ = number of bits wanted
51  *              @grand *r@ = random number source
52  *              @unsigned n@ = number of attempts to make
53  *              @pgen_proc *event@ = event handler function
54  *              @void *ectx@ = argument for the event handler
55  *
56  * Returns:     A starting point for a `strong' prime search, or zero.
57  *
58  * Use:         Sets up for a strong prime search, so that primes with
59  *              particular properties can be found.  It's probably important
60  *              to note that the number left in the filter context @f@ is
61  *              congruent to 2 (mod 4).
62  */
63
64 mp *strongprime_setup(const char *name, mp *d, pfilt *f, unsigned nbits,
65                       grand *r, unsigned n, pgen_proc *event, void *ectx)
66 {
67   mp *s, *t, *q;
68   dstr dn = DSTR_INIT;
69
70   mp *rr = d;
71   pgen_filterctx c;
72   pgen_jumpctx j;
73   rabin rb;
74
75   /* --- The bitslop parameter --- *
76    *
77    * There's quite a lot of prime searching to be done.  The constant
78    * @BITSLOP@ is a (low) approximation to the base-2 log of the expected
79    * number of steps to find a prime number.  Experimentation shows that
80    * numbers around 10 seem to be good.
81    */
82
83 #define BITSLOP 12
84
85   /* --- Choose two primes %$s$% and %$t$% of half the required size --- */
86
87   assert(((void)"nbits too small in strongprime_setup", nbits/2 > BITSLOP));
88   nbits = nbits/2 - BITSLOP;
89   c.step = 1;
90
91   rr = mprand(rr, nbits, r, 1);
92   DRESET(&dn); dstr_putf(&dn, "%s [s]", name);
93   if ((s = pgen(dn.buf, MP_NEWSEC, rr, event, ectx, n, pgen_filter, &c,
94            rabin_iters(nbits), pgen_test, &rb)) == 0)
95     goto fail_s;
96
97   rr = mprand(rr, nbits, r, 1);
98   DRESET(&dn); dstr_putf(&dn, "%s [t]", name);
99   if ((t = pgen(dn.buf, MP_NEWSEC, rr, event, ectx, n, pgen_filter, &c,
100                 rabin_iters(nbits), pgen_test, &rb)) == 0)
101     goto fail_t;
102
103   /* --- Choose a suitable value for %$r = 2it + 1$% for some %$i$% --- */
104
105   rr = mp_lsl(rr, t, 1);
106   pfilt_create(&c.f, rr);
107   rr = mp_lsl(rr, rr, BITSLOP - 1);
108   rr = mp_add(rr, rr, MP_ONE);
109   DRESET(&dn); dstr_putf(&dn, "%s [r]", name);
110   j.j = &c.f;
111   nbits += BITSLOP;
112   q = pgen(dn.buf, MP_NEW, rr, event, ectx, n, pgen_jump, &j,
113            rabin_iters(nbits), pgen_test, &rb);
114   pfilt_destroy(&c.f);
115   if (!q)
116     goto fail_r;
117
118   /* --- Select a suitable starting-point for finding %$p$% --- *
119    *
120    * This computes %$p_0 = 2(s^{r - 2} \bmod r)s - 1$%.
121    */
122
123   {
124     mpmont mm;
125
126     mpmont_create(&mm, q);
127     rr = mp_sub(rr, q, MP_TWO);
128     rr = mpmont_exp(&mm, rr, s, rr);
129     mpmont_destroy(&mm);
130     rr = mp_mul(rr, rr, s);
131     rr = mp_lsl(rr, rr, 1);
132     rr = mp_sub(rr, rr, MP_ONE);
133   }
134
135   /* --- Now find %$p = p_0 + 2jrs$% for some %$j$% --- */
136
137   {
138     mp *x;
139     x = mp_mul(MP_NEW, q, s);
140     x = mp_lsl(x, x, 1);
141     pfilt_create(f, x);
142     x = mp_lsl(x, x, BITSLOP - 1);
143     rr = mp_add(rr, rr, x);
144     mp_drop(x);
145   }
146
147   /* --- Return the result --- */
148
149   mp_drop(q);
150   mp_drop(t);
151   mp_drop(s);
152   dstr_destroy(&dn);
153   return (rr);
154
155   /* --- Tidy up if something failed --- */
156
157 fail_r:
158   mp_drop(t);
159 fail_t:
160   mp_drop(s);
161 fail_s:
162   mp_drop(rr);
163   dstr_destroy(&dn);
164   return (0);
165
166 #undef BITSLOP
167 }
168
169 /* --- @strongprime@ --- *
170  *
171  * Arguments:   @const char *name@ = pointer to name root
172  *              @mp *d@ = destination integer
173  *              @unsigned nbits@ = number of bits wanted
174  *              @grand *r@ = random number source
175  *              @unsigned n@ = number of attempts to make
176  *              @pgen_proc *event@ = event handler function
177  *              @void *ectx@ = argument for the event handler
178  *
179  * Returns:     A `strong' prime, or zero.
180  *
181  * Use:         Finds `strong' primes.  A strong prime %$p$% is such that
182  *
183  *                * %$p - 1$% has a large prime factor %$r$%,
184  *                * %$p + 1$% has a large prime factor %$s$%, and
185  *                * %$r - 1$% has a large prime factor %$t$%.
186  *
187  *              The numbers produced may be slightly larger than requested,
188  *              by a few bits.
189  */
190
191 mp *strongprime(const char *name, mp *d, unsigned nbits, grand *r,
192                 unsigned n, pgen_proc *event, void *ectx)
193 {
194   pfilt f;
195   pgen_jumpctx j;
196   rabin rb;
197
198   d = strongprime_setup(name, d, &f, nbits, r, n, event, ectx);
199   j.j = &f;
200   d = pgen(name, d, d, event, ectx, n, pgen_jump, &j,
201            rabin_iters(nbits), pgen_test, &rb);
202   pfilt_destroy(&f);
203   return (d);
204 }
205
206 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/