chiark / gitweb /
6a8d35bcc4a9a9acf86df1297e104fb13e8389e3
[secnet] / fgoldi.c
1 /*
2  * fgoldi.c: arithmetic modulo 2^448 - 2^224 - 1
3  */
4 /*
5  * This file is Free Software.  It has been modified to as part of its
6  * incorporation into secnet.
7  *
8  * Copyright 2017 Mark Wooding
9  *
10  * You may redistribute this file and/or modify it under the terms of
11  * the permissive licence shown below.
12  *
13  * You may redistribute secnet as a whole and/or modify it under the
14  * terms of the GNU General Public License as published by the Free
15  * Software Foundation; either version 3, or (at your option) any
16  * later version.
17  *
18  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
21  * GNU General Public License for more details.
22  *
23  * You should have received a copy of the GNU General Public License
24  * along with this program; if not, see
25  * https://www.gnu.org/licenses/gpl.html.
26  */
27 /*
28  * Imported from Catacomb, and modified for Secnet (2017-04-30):
29  *
30  *   * Use `fake-mLib-bits.h' in place of the real <mLib/bits.h>.
31  *
32  *   * Remove the 16/32-bit implementation, since C99 always has 64-bit
33  *     arithmetic.
34  *
35  *   * Remove the test rig code: a replacement is in a separate source file.
36  *
37  * The file's original comment headers are preserved below.
38  */
39 /* -*-c-*-
40  *
41  * Arithmetic in the Goldilocks field GF(2^448 - 2^224 - 1)
42  *
43  * (c) 2017 Straylight/Edgeware
44  */
45
46 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
47  *
48  * This file is part of Catacomb.
49  *
50  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
51  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
52  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
53  * License, or (at your option) any later version.
54  *
55  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
56  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
57  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
58  * GNU Library General Public License for more details.
59  *
60  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
61  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
62  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
63  * MA 02111-1307, USA.
64  */
65
66 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
67
68 #include "fgoldi.h"
69
70 /*----- Basic setup -------------------------------------------------------*
71  *
72  * Let φ = 2^224; then p = φ^2 - φ - 1, and, in GF(p), we have φ^2 = φ + 1
73  * (hence the name).
74  */
75
76 /* We represent an element of GF(p) as 16 28-bit signed integer pieces x_i:
77  * x = SUM_{0<=i<16} x_i 2^(28i).
78  */
79
80 typedef  int32  piece; typedef  int64  dblpiece;
81 typedef uint32 upiece; typedef uint64 udblpiece;
82 #define PIECEWD(i) 28
83 #define NPIECE 16
84 #define P p28
85
86 #define B28 0x10000000u
87 #define B27 0x08000000u
88 #define M28 0x0fffffffu
89 #define M27 0x07ffffffu
90 #define M32 0xffffffffu
91
92 /*----- Debugging machinery -----------------------------------------------*/
93
94 #if defined(FGOLDI_DEBUG)
95
96 #include <stdio.h>
97
98 #include "mp.h"
99 #include "mptext.h"
100
101 static mp *get_pgoldi(void)
102 {
103   mp *p = MP_NEW, *t = MP_NEW;
104
105   p = mp_setbit(p, MP_ZERO, 448);
106   t = mp_setbit(t, MP_ZERO, 224);
107   p = mp_sub(p, p, t);
108   p = mp_sub(p, p, MP_ONE);
109   mp_drop(t);
110   return (p);
111 }
112
113 DEF_FDUMP(fdump, piece, PIECEWD, NPIECE, 56, get_pgoldi())
114
115 #endif
116
117 /*----- Loading and storing -----------------------------------------------*/
118
119 /* --- @fgoldi_load@ --- *
120  *
121  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to store the result
122  *              @const octet xv[56]@ = source to read
123  *
124  * Returns:     ---
125  *
126  * Use:         Reads an element of %$\gf{2^{448} - 2^{224} - 19}$% in
127  *              external representation from @xv@ and stores it in @z@.
128  *
129  *              External representation is little-endian base-256.  Some
130  *              elements have multiple encodings, which are not produced by
131  *              correct software; use of noncanonical encodings is not an
132  *              error, and toleration of them is considered a performance
133  *              feature.
134  */
135
136 void fgoldi_load(fgoldi *z, const octet xv[56])
137 {
138   unsigned i;
139   uint32 xw[14];
140   piece b, c;
141
142   /* First, read the input value as words. */
143   for (i = 0; i < 14; i++) xw[i] = LOAD32_L(xv + 4*i);
144
145   /* Extract unsigned 28-bit pieces from the words. */
146   z->P[ 0] = (xw[ 0] >> 0)&M28;
147   z->P[ 7] = (xw[ 6] >> 4)&M28;
148   z->P[ 8] = (xw[ 7] >> 0)&M28;
149   z->P[15] = (xw[13] >> 4)&M28;
150   for (i = 1; i < 7; i++) {
151     z->P[i + 0] = ((xw[i + 0] << (4*i)) | (xw[i - 1] >> (32 - 4*i)))&M28;
152     z->P[i + 8] = ((xw[i + 7] << (4*i)) | (xw[i + 6] >> (32 - 4*i)))&M28;
153   }
154
155   /* Convert the nonnegative pieces into a balanced signed representation, so
156    * each piece ends up in the interval |z_i| <= 2^27.  For each piece, if
157    * its top bit is set, lend a bit leftwards; in the case of z_15, reduce
158    * this bit by adding it onto z_0 and z_8, since this is the φ^2 bit, and
159    * φ^2 = φ + 1.  We delay this carry until after all of the pieces have
160    * been balanced.  If we don't do this, then we have to do a more expensive
161    * test for nonzeroness to decide whether to lend a bit leftwards rather
162    * than just testing a single bit.
163    *
164    * Note that we don't try for a canonical representation here: both upper
165    * and lower bounds are achievable.
166    */
167   b = z->P[15]&B27; z->P[15] -= b << 1; c = b >> 27;
168   for (i = NPIECE - 1; i--; )
169     { b = z->P[i]&B27; z->P[i] -= b << 1; z->P[i + 1] += b >> 27; }
170   z->P[0] += c; z->P[8] += c;
171 }
172
173 /* --- @fgoldi_store@ --- *
174  *
175  * Arguments:   @octet zv[56]@ = where to write the result
176  *              @const fgoldi *x@ = the field element to write
177  *
178  * Returns:     ---
179  *
180  * Use:         Stores a field element in the given octet vector in external
181  *              representation.  A canonical encoding is always stored.
182  */
183
184 void fgoldi_store(octet zv[56], const fgoldi *x)
185 {
186   piece y[NPIECE], yy[NPIECE], c, d;
187   uint32 u, v;
188   mask32 m;
189   unsigned i;
190
191   for (i = 0; i < NPIECE; i++) y[i] = x->P[i];
192
193   /* First, propagate the carries.  By the end of this, we'll have all of the
194    * the pieces canonically sized and positive, and maybe there'll be
195    * (signed) carry out.  The carry c is in { -1, 0, +1 }, and the remaining
196    * value will be in the half-open interval [0, φ^2).  The whole represented
197    * value is then y + φ^2 c.
198    *
199    * Assume that we start out with |y_i| <= 2^30.  We start off by cutting
200    * off and reducing the carry c_15 from the topmost piece, y_15.  This
201    * leaves 0 <= y_15 < 2^28; and we'll have |c_15| <= 4.  We'll add this
202    * onto y_0 and y_8, and propagate the carries.  It's very clear that we'll
203    * end up with |y + (φ + 1) c_15 - φ^2/2| << φ^2.
204    *
205    * Here, the y_i are signed, so we must be cautious about bithacking them.
206    */
207   c = ASR(piece, y[15], 28); y[15] = (upiece)y[15]&M28; y[8] += c;
208   for (i = 0; i < NPIECE; i++)
209     { y[i] += c; c = ASR(piece, y[i], 28); y[i] = (upiece)y[i]&M28; }
210
211   /* Now we have a slightly fiddly job to do.  If c = +1, or if c = 0 and
212    * y >= p, then we should subtract p from the whole value; if c = -1 then
213    * we should add p; and otherwise we should do nothing.
214    *
215    * But conditional behaviour is bad, m'kay.  So here's what we do instead.
216    *
217    * The first job is to sort out what we wanted to do.  If c = -1 then we
218    * want to (a) invert the constant addend and (b) feed in a carry-in;
219    * otherwise, we don't.
220    */
221   m = SIGN(c)&M28;
222   d = m&1;
223
224   /* Now do the addition/subtraction.  Remember that all of the y_i are
225    * nonnegative, so shifting and masking are safe and easy.
226    */
227       d += y[0] + (1 ^ m); yy[0] = d&M28; d >>= 28;
228   for (i = 1; i < 8; i++)
229     { d += y[i] +      m;  yy[i] = d&M28; d >>= 28; }
230       d += y[8] + (1 ^ m); yy[8] = d&M28; d >>= 28;
231   for (i = 9; i < 16; i++)
232     { d += y[i] +      m;  yy[i] = d&M28; d >>= 28; }
233
234   /* The final carry-out is in d; since we only did addition, and the y_i are
235    * nonnegative, then d is in { 0, 1 }.  We want to keep y', rather than y,
236    * if (a) c /= 0 (in which case we know that the old value was
237    * unsatisfactory), or (b) if d = 1 (in which case, if c = 0, we know that
238    * the subtraction didn't cause a borrow, so we must be in the case where
239    * p <= y < φ^2.
240    */
241   m = NONZEROP(c) | ~NONZEROP(d - 1);
242   for (i = 0; i < NPIECE; i++) y[i] = (yy[i]&m) | (y[i]&~m);
243
244   /* Extract 32-bit words from the value. */
245   for (i = 0; i < 7; i++) {
246     u = ((y[i + 0] >> (4*i)) | ((uint32)y[i + 1] << (28 - 4*i)))&M32;
247     v = ((y[i + 8] >> (4*i)) | ((uint32)y[i + 9] << (28 - 4*i)))&M32;
248     STORE32_L(zv + 4*i,      u);
249     STORE32_L(zv + 4*i + 28, v);
250   }
251 }
252
253 /* --- @fgoldi_set@ --- *
254  *
255  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to write the result
256  *              @int a@ = a small-ish constant
257  *
258  * Returns:     ---
259  *
260  * Use:         Sets @z@ to equal @a@.
261  */
262
263 void fgoldi_set(fgoldi *x, int a)
264 {
265   unsigned i;
266
267   x->P[0] = a;
268   for (i = 1; i < NPIECE; i++) x->P[i] = 0;
269 }
270
271 /*----- Basic arithmetic --------------------------------------------------*/
272
273 /* --- @fgoldi_add@ --- *
274  *
275  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to put the result (may alias @x@ or @y@)
276  *              @const fgoldi *x, *y@ = two operands
277  *
278  * Returns:     ---
279  *
280  * Use:         Set @z@ to the sum %$x + y$%.
281  */
282
283 void fgoldi_add(fgoldi *z, const fgoldi *x, const fgoldi *y)
284 {
285   unsigned i;
286   for (i = 0; i < NPIECE; i++) z->P[i] = x->P[i] + y->P[i];
287 }
288
289 /* --- @fgoldi_sub@ --- *
290  *
291  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to put the result (may alias @x@ or @y@)
292  *              @const fgoldi *x, *y@ = two operands
293  *
294  * Returns:     ---
295  *
296  * Use:         Set @z@ to the difference %$x - y$%.
297  */
298
299 void fgoldi_sub(fgoldi *z, const fgoldi *x, const fgoldi *y)
300 {
301   unsigned i;
302   for (i = 0; i < NPIECE; i++) z->P[i] = x->P[i] - y->P[i];
303 }
304
305 /*----- Constant-time utilities -------------------------------------------*/
306
307 /* --- @fgoldi_condswap@ --- *
308  *
309  * Arguments:   @fgoldi *x, *y@ = two operands
310  *              @uint32 m@ = a mask
311  *
312  * Returns:     ---
313  *
314  * Use:         If @m@ is zero, do nothing; if @m@ is all-bits-set, then
315  *              exchange @x@ and @y@.  If @m@ has some other value, then
316  *              scramble @x@ and @y@ in an unhelpful way.
317  */
318
319 void fgoldi_condswap(fgoldi *x, fgoldi *y, uint32 m)
320 {
321   unsigned i;
322   mask32 mm = FIX_MASK32(m);
323
324   for (i = 0; i < NPIECE; i++) CONDSWAP(x->P[i], y->P[i], mm);
325 }
326
327 /*----- Multiplication ----------------------------------------------------*/
328
329 /* Let B = 2^63 - 1 be the largest value such that +B and -B can be
330  * represented in a double-precision piece.  On entry, it must be the case
331  * that |X_i| <= M <= B - 2^27 for some M.  If this is the case, then, on
332  * exit, we will have |Z_i| <= 2^27 + M/2^27.
333  */
334 #define CARRY_REDUCE(z, x) do {                                         \
335   dblpiece _t[NPIECE], _c;                                              \
336   unsigned _i;                                                          \
337                                                                         \
338   /* Bias the input pieces.  This keeps the carries and so on centred   \
339    * around zero rather than biased positive.                           \
340    */                                                                   \
341   for (_i = 0; _i < NPIECE; _i++) _t[_i] = (x)[_i] + B27;               \
342                                                                         \
343   /* Calculate the reduced pieces.  Careful with the bithacking. */     \
344   _c = ASR(dblpiece, _t[15], 28);                                       \
345   (z)[0] = (dblpiece)((udblpiece)_t[0]&M28) - B27 + _c;                 \
346   for (_i = 1; _i < NPIECE; _i++) {                                     \
347     (z)[_i] = (dblpiece)((udblpiece)_t[_i]&M28) - B27 +                 \
348       ASR(dblpiece, _t[_i - 1], 28);                                    \
349   }                                                                     \
350   (z)[8] += _c;                                                         \
351 } while (0)
352
353 /* --- @fgoldi_mulconst@ --- *
354  *
355  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to put the result (may alias @x@)
356  *              @const fgoldi *x@ = an operand
357  *              @long a@ = a small-ish constant; %$|a| < 2^{20}$%.
358  *
359  * Returns:     ---
360  *
361  * Use:         Set @z@ to the product %$a x$%.
362  */
363
364 void fgoldi_mulconst(fgoldi *z, const fgoldi *x, long a)
365 {
366   unsigned i;
367   dblpiece zz[NPIECE], aa = a;
368
369   for (i = 0; i < NPIECE; i++) zz[i] = aa*x->P[i];
370   CARRY_REDUCE(z->P, zz);
371 }
372
373 /* --- @fgoldi_mul@ --- *
374  *
375  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to put the result (may alias @x@ or @y@)
376  *              @const fgoldi *x, *y@ = two operands
377  *
378  * Returns:     ---
379  *
380  * Use:         Set @z@ to the product %$x y$%.
381  */
382
383 void fgoldi_mul(fgoldi *z, const fgoldi *x, const fgoldi *y)
384 {
385   dblpiece zz[NPIECE], u[NPIECE];
386   piece ab[NPIECE/2], cd[NPIECE/2];
387   const piece
388     *a = x->P + NPIECE/2, *b = x->P,
389     *c = y->P + NPIECE/2, *d = y->P;
390   unsigned i, j;
391
392 #  define M(x,i, y,j) ((dblpiece)(x)[i]*(y)[j])
393
394   /* Behold the magic.
395    *
396    * Write x = a φ + b, and y = c φ + d.  Then x y = a c φ^2 +
397    * (a d + b c) φ + b d.  Karatsuba and Ofman observed that a d + b c =
398    * (a + b) (c + d) - a c - b d, saving a multiplication, and Hamburg chose
399    * the prime p so that φ^2 = φ + 1.  So
400    *
401    *    x y = ((a + b) (c + d) - b d) φ + a c + b d
402    */
403
404   for (i = 0; i < NPIECE; i++) zz[i] = 0;
405
406   /* Our first job will be to calculate (1 - φ) b d, and write the result
407    * into z.  As we do this, an interesting thing will happen.  Write
408    * b d = u φ + v; then (1 - φ) b d = u φ + v - u φ^2 - v φ = (1 - φ) v - u.
409    * So, what we do is to write the product end-swapped and negated, and then
410    * we'll subtract the (negated, remember) high half from the low half.
411    */
412   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++) {
413     for (j = 0; j < NPIECE/2 - i; j++)
414       zz[i + j + NPIECE/2] -= M(b,i, d,j);
415     for (; j < NPIECE/2; j++)
416       zz[i + j - NPIECE/2] -= M(b,i, d,j);
417   }
418   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++)
419     zz[i] -= zz[i + NPIECE/2];
420
421   /* Next, we add on a c.  There are no surprises here. */
422   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++)
423     for (j = 0; j < NPIECE/2; j++)
424       zz[i + j] += M(a,i, c,j);
425
426   /* Now, calculate a + b and c + d. */
427   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++)
428     { ab[i] = a[i] + b[i]; cd[i] = c[i] + d[i]; }
429
430   /* Finally (for the multiplication) we must add on (a + b) (c + d) φ.
431    * Write (a + b) (c + d) as u φ + v; then we actually want u φ^2 + v φ =
432    * v φ + (1 + φ) u.  We'll store u in a temporary place and add it on
433    * twice.
434    */
435   for (i = 0; i < NPIECE; i++) u[i] = 0;
436   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++) {
437     for (j = 0; j < NPIECE/2 - i; j++)
438       zz[i + j + NPIECE/2] += M(ab,i, cd,j);
439     for (; j < NPIECE/2; j++)
440       u[i + j - NPIECE/2] += M(ab,i, cd,j);
441   }
442   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++)
443     { zz[i] += u[i]; zz[i + NPIECE/2] += u[i]; }
444
445 #undef M
446
447   /* That wraps it up for the multiplication.  Let's figure out some bounds.
448    * Fortunately, Karatsuba is a polynomial identity, so all of the pieces
449    * end up the way they'd be if we'd done the thing the easy way, which
450    * simplifies the analysis.  Suppose we started with |x_i|, |y_i| <= 9/5
451    * 2^28.  The overheads in the result are given by the coefficients of
452    *
453    *    ((u^16 - 1)/(u - 1))^2 mod u^16 - u^8 - 1
454    *
455    * the greatest of which is 38.  So |z_i| <= 38*81/25*2^56 < 2^63.
456    *
457    * Anyway, a round of `CARRY_REDUCE' will leave us with |z_i| < 2^27 +
458    * 2^36; and a second round will leave us with |z_i| < 2^27 + 512.
459    */
460   for (i = 0; i < 2; i++) CARRY_REDUCE(zz, zz);
461   for (i = 0; i < NPIECE; i++) z->P[i] = zz[i];
462 }
463
464 /* --- @fgoldi_sqr@ --- *
465  *
466  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to put the result (may alias @x@ or @y@)
467  *              @const fgoldi *x@ = an operand
468  *
469  * Returns:     ---
470  *
471  * Use:         Set @z@ to the square %$x^2$%.
472  */
473
474 void fgoldi_sqr(fgoldi *z, const fgoldi *x)
475 {
476   dblpiece zz[NPIECE], u[NPIECE];
477   piece ab[NPIECE];
478   const piece *a = x->P + NPIECE/2, *b = x->P;
479   unsigned i, j;
480
481 #  define M(x,i, y,j) ((dblpiece)(x)[i]*(y)[j])
482
483   /* The magic is basically the same as `fgoldi_mul' above.  We write
484    * x = a φ + b and use Karatsuba and the special prime shape.  This time,
485    * we have
486    *
487    *    x^2 = ((a + b)^2 - b^2) φ + a^2 + b^2
488    */
489
490   for (i = 0; i < NPIECE; i++) zz[i] = 0;
491
492   /* Our first job will be to calculate (1 - φ) b^2, and write the result
493    * into z.  Again, this interacts pleasantly with the prime shape.
494    */
495   for (i = 0; i < NPIECE/4; i++) {
496     zz[2*i + NPIECE/2] -= M(b,i, b,i);
497     for (j = i + 1; j < NPIECE/2 - i; j++)
498       zz[i + j + NPIECE/2] -= 2*M(b,i, b,j);
499     for (; j < NPIECE/2; j++)
500       zz[i + j - NPIECE/2] -= 2*M(b,i, b,j);
501   }
502   for (; i < NPIECE/2; i++) {
503     zz[2*i - NPIECE/2] -= M(b,i, b,i);
504     for (j = i + 1; j < NPIECE/2; j++)
505       zz[i + j - NPIECE/2] -= 2*M(b,i, b,j);
506   }
507   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++)
508     zz[i] -= zz[i + NPIECE/2];
509
510   /* Next, we add on a^2.  There are no surprises here. */
511   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++) {
512     zz[2*i] += M(a,i, a,i);
513     for (j = i + 1; j < NPIECE/2; j++)
514       zz[i + j] += 2*M(a,i, a,j);
515   }
516
517   /* Now, calculate a + b. */
518   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++)
519     ab[i] = a[i] + b[i];
520
521   /* Finally (for the multiplication) we must add on (a + b)^2 φ.
522    * Write (a + b)^2 as u φ + v; then we actually want (u + v) φ + u.  We'll
523    * store u in a temporary place and add it on twice.
524    */
525   for (i = 0; i < NPIECE; i++) u[i] = 0;
526   for (i = 0; i < NPIECE/4; i++) {
527     zz[2*i + NPIECE/2] += M(ab,i, ab,i);
528     for (j = i + 1; j < NPIECE/2 - i; j++)
529       zz[i + j + NPIECE/2] += 2*M(ab,i, ab,j);
530     for (; j < NPIECE/2; j++)
531       u[i + j - NPIECE/2] += 2*M(ab,i, ab,j);
532   }
533   for (; i < NPIECE/2; i++) {
534     u[2*i - NPIECE/2] += M(ab,i, ab,i);
535     for (j = i + 1; j < NPIECE/2; j++)
536       u[i + j - NPIECE/2] += 2*M(ab,i, ab,j);
537   }
538   for (i = 0; i < NPIECE/2; i++)
539     { zz[i] += u[i]; zz[i + NPIECE/2] += u[i]; }
540
541 #undef M
542
543   /* Finally, carrying. */
544   for (i = 0; i < 2; i++) CARRY_REDUCE(zz, zz);
545   for (i = 0; i < NPIECE; i++) z->P[i] = zz[i];
546
547 }
548
549 /*----- More advanced operations ------------------------------------------*/
550
551 /* --- @fgoldi_inv@ --- *
552  *
553  * Arguments:   @fgoldi *z@ = where to put the result (may alias @x@)
554  *              @const fgoldi *x@ = an operand
555  *
556  * Returns:     ---
557  *
558  * Use:         Stores in @z@ the multiplicative inverse %$x^{-1}$%.  If
559  *              %$x = 0$% then @z@ is set to zero.  This is considered a
560  *              feature.
561  */
562
563 void fgoldi_inv(fgoldi *z, const fgoldi *x)
564 {
565   fgoldi t, u;
566   unsigned i;
567
568 #define SQRN(z, x, n) do {                                              \
569   fgoldi_sqr((z), (x));                                                 \
570   for (i = 1; i < (n); i++) fgoldi_sqr((z), (z));                       \
571 } while (0)
572
573   /* Calculate x^-1 = x^(p - 2) = x^(2^448 - 2^224 - 3), which also handles
574    * x = 0 as intended.  The addition chain is home-made.
575    */                                   /* step | value */
576   fgoldi_sqr(&u, x);                    /*    1 | 2 */
577   fgoldi_mul(&t, &u, x);                /*    2 | 3 */
578   SQRN(&u, &t, 2);                      /*    4 | 12 */
579   fgoldi_mul(&t, &u, &t);               /*    5 | 15 */
580   SQRN(&u, &t, 4);                      /*    9 | 240 */
581   fgoldi_mul(&u, &u, &t);               /*   10 | 255 = 2^8 - 1 */
582   SQRN(&u, &u, 4);                      /*   14 | 2^12 - 16 */
583   fgoldi_mul(&t, &u, &t);               /*   15 | 2^12 - 1 */
584   SQRN(&u, &t, 12);                     /*   27 | 2^24 - 2^12 */
585   fgoldi_mul(&u, &u, &t);               /*   28 | 2^24 - 1 */
586   SQRN(&u, &u, 12);                     /*   40 | 2^36 - 2^12 */
587   fgoldi_mul(&t, &u, &t);               /*   41 | 2^36 - 1 */
588   fgoldi_sqr(&t, &t);                   /*   42 | 2^37 - 2 */
589   fgoldi_mul(&t, &t, x);                /*   43 | 2^37 - 1 */
590   SQRN(&u, &t, 37);                     /*   80 | 2^74 - 2^37 */
591   fgoldi_mul(&u, &u, &t);               /*   81 | 2^74 - 1 */
592   SQRN(&u, &u, 37);                     /*  118 | 2^111 - 2^37 */
593   fgoldi_mul(&t, &u, &t);               /*  119 | 2^111 - 1 */
594   SQRN(&u, &t, 111);                    /*  230 | 2^222 - 2^111 */
595   fgoldi_mul(&t, &u, &t);               /*  231 | 2^222 - 1 */
596   fgoldi_sqr(&u, &t);                   /*  232 | 2^223 - 2 */
597   fgoldi_mul(&u, &u, x);                /*  233 | 2^223 - 1 */
598   SQRN(&u, &u, 223);                    /*  456 | 2^446 - 2^223 */
599   fgoldi_mul(&t, &u, &t);               /*  457 | 2^446 - 2^222 - 1 */
600   SQRN(&t, &t, 2);                      /*  459 | 2^448 - 2^224 - 4 */
601   fgoldi_mul(z, &t, x);                 /*  460 | 2^448 - 2^224 - 3 */
602
603 #undef SQRN
604 }
605
606 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/