Merge tag 'clk-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/clk/linux
[platform/kernel/linux-rpi.git] / crypto / ecc.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2013, 2014 Kenneth MacKay. All rights reserved.
3  * Copyright (c) 2019 Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions are
7  * met:
8  *  * Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *   notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  *  * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
15  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
16  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
17  * A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
18  * HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
19  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
20  * LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
24  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 #include <crypto/ecc_curve.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/random.h>
30 #include <linux/slab.h>
31 #include <linux/swab.h>
32 #include <linux/fips.h>
33 #include <crypto/ecdh.h>
34 #include <crypto/rng.h>
35 #include <asm/unaligned.h>
36 #include <linux/ratelimit.h>
37
38 #include "ecc.h"
39 #include "ecc_curve_defs.h"
40
41 typedef struct {
42         u64 m_low;
43         u64 m_high;
44 } uint128_t;
45
46 /* Returns curv25519 curve param */
47 const struct ecc_curve *ecc_get_curve25519(void)
48 {
49         return &ecc_25519;
50 }
51 EXPORT_SYMBOL(ecc_get_curve25519);
52
53 const struct ecc_curve *ecc_get_curve(unsigned int curve_id)
54 {
55         switch (curve_id) {
56         /* In FIPS mode only allow P256 and higher */
57         case ECC_CURVE_NIST_P192:
58                 return fips_enabled ? NULL : &nist_p192;
59         case ECC_CURVE_NIST_P256:
60                 return &nist_p256;
61         case ECC_CURVE_NIST_P384:
62                 return &nist_p384;
63         default:
64                 return NULL;
65         }
66 }
67 EXPORT_SYMBOL(ecc_get_curve);
68
69 static u64 *ecc_alloc_digits_space(unsigned int ndigits)
70 {
71         size_t len = ndigits * sizeof(u64);
72
73         if (!len)
74                 return NULL;
75
76         return kmalloc(len, GFP_KERNEL);
77 }
78
79 static void ecc_free_digits_space(u64 *space)
80 {
81         kfree_sensitive(space);
82 }
83
84 static struct ecc_point *ecc_alloc_point(unsigned int ndigits)
85 {
86         struct ecc_point *p = kmalloc(sizeof(*p), GFP_KERNEL);
87
88         if (!p)
89                 return NULL;
90
91         p->x = ecc_alloc_digits_space(ndigits);
92         if (!p->x)
93                 goto err_alloc_x;
94
95         p->y = ecc_alloc_digits_space(ndigits);
96         if (!p->y)
97                 goto err_alloc_y;
98
99         p->ndigits = ndigits;
100
101         return p;
102
103 err_alloc_y:
104         ecc_free_digits_space(p->x);
105 err_alloc_x:
106         kfree(p);
107         return NULL;
108 }
109
110 static void ecc_free_point(struct ecc_point *p)
111 {
112         if (!p)
113                 return;
114
115         kfree_sensitive(p->x);
116         kfree_sensitive(p->y);
117         kfree_sensitive(p);
118 }
119
120 static void vli_clear(u64 *vli, unsigned int ndigits)
121 {
122         int i;
123
124         for (i = 0; i < ndigits; i++)
125                 vli[i] = 0;
126 }
127
128 /* Returns true if vli == 0, false otherwise. */
129 bool vli_is_zero(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
130 {
131         int i;
132
133         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
134                 if (vli[i])
135                         return false;
136         }
137
138         return true;
139 }
140 EXPORT_SYMBOL(vli_is_zero);
141
142 /* Returns nonzero if bit of vli is set. */
143 static u64 vli_test_bit(const u64 *vli, unsigned int bit)
144 {
145         return (vli[bit / 64] & ((u64)1 << (bit % 64)));
146 }
147
148 static bool vli_is_negative(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
149 {
150         return vli_test_bit(vli, ndigits * 64 - 1);
151 }
152
153 /* Counts the number of 64-bit "digits" in vli. */
154 static unsigned int vli_num_digits(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
155 {
156         int i;
157
158         /* Search from the end until we find a non-zero digit.
159          * We do it in reverse because we expect that most digits will
160          * be nonzero.
161          */
162         for (i = ndigits - 1; i >= 0 && vli[i] == 0; i--);
163
164         return (i + 1);
165 }
166
167 /* Counts the number of bits required for vli. */
168 static unsigned int vli_num_bits(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
169 {
170         unsigned int i, num_digits;
171         u64 digit;
172
173         num_digits = vli_num_digits(vli, ndigits);
174         if (num_digits == 0)
175                 return 0;
176
177         digit = vli[num_digits - 1];
178         for (i = 0; digit; i++)
179                 digit >>= 1;
180
181         return ((num_digits - 1) * 64 + i);
182 }
183
184 /* Set dest from unaligned bit string src. */
185 void vli_from_be64(u64 *dest, const void *src, unsigned int ndigits)
186 {
187         int i;
188         const u64 *from = src;
189
190         for (i = 0; i < ndigits; i++)
191                 dest[i] = get_unaligned_be64(&from[ndigits - 1 - i]);
192 }
193 EXPORT_SYMBOL(vli_from_be64);
194
195 void vli_from_le64(u64 *dest, const void *src, unsigned int ndigits)
196 {
197         int i;
198         const u64 *from = src;
199
200         for (i = 0; i < ndigits; i++)
201                 dest[i] = get_unaligned_le64(&from[i]);
202 }
203 EXPORT_SYMBOL(vli_from_le64);
204
205 /* Sets dest = src. */
206 static void vli_set(u64 *dest, const u64 *src, unsigned int ndigits)
207 {
208         int i;
209
210         for (i = 0; i < ndigits; i++)
211                 dest[i] = src[i];
212 }
213
214 /* Returns sign of left - right. */
215 int vli_cmp(const u64 *left, const u64 *right, unsigned int ndigits)
216 {
217         int i;
218
219         for (i = ndigits - 1; i >= 0; i--) {
220                 if (left[i] > right[i])
221                         return 1;
222                 else if (left[i] < right[i])
223                         return -1;
224         }
225
226         return 0;
227 }
228 EXPORT_SYMBOL(vli_cmp);
229
230 /* Computes result = in << c, returning carry. Can modify in place
231  * (if result == in). 0 < shift < 64.
232  */
233 static u64 vli_lshift(u64 *result, const u64 *in, unsigned int shift,
234                       unsigned int ndigits)
235 {
236         u64 carry = 0;
237         int i;
238
239         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
240                 u64 temp = in[i];
241
242                 result[i] = (temp << shift) | carry;
243                 carry = temp >> (64 - shift);
244         }
245
246         return carry;
247 }
248
249 /* Computes vli = vli >> 1. */
250 static void vli_rshift1(u64 *vli, unsigned int ndigits)
251 {
252         u64 *end = vli;
253         u64 carry = 0;
254
255         vli += ndigits;
256
257         while (vli-- > end) {
258                 u64 temp = *vli;
259                 *vli = (temp >> 1) | carry;
260                 carry = temp << 63;
261         }
262 }
263
264 /* Computes result = left + right, returning carry. Can modify in place. */
265 static u64 vli_add(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
266                    unsigned int ndigits)
267 {
268         u64 carry = 0;
269         int i;
270
271         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
272                 u64 sum;
273
274                 sum = left[i] + right[i] + carry;
275                 if (sum != left[i])
276                         carry = (sum < left[i]);
277
278                 result[i] = sum;
279         }
280
281         return carry;
282 }
283
284 /* Computes result = left + right, returning carry. Can modify in place. */
285 static u64 vli_uadd(u64 *result, const u64 *left, u64 right,
286                     unsigned int ndigits)
287 {
288         u64 carry = right;
289         int i;
290
291         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
292                 u64 sum;
293
294                 sum = left[i] + carry;
295                 if (sum != left[i])
296                         carry = (sum < left[i]);
297                 else
298                         carry = !!carry;
299
300                 result[i] = sum;
301         }
302
303         return carry;
304 }
305
306 /* Computes result = left - right, returning borrow. Can modify in place. */
307 u64 vli_sub(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
308                    unsigned int ndigits)
309 {
310         u64 borrow = 0;
311         int i;
312
313         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
314                 u64 diff;
315
316                 diff = left[i] - right[i] - borrow;
317                 if (diff != left[i])
318                         borrow = (diff > left[i]);
319
320                 result[i] = diff;
321         }
322
323         return borrow;
324 }
325 EXPORT_SYMBOL(vli_sub);
326
327 /* Computes result = left - right, returning borrow. Can modify in place. */
328 static u64 vli_usub(u64 *result, const u64 *left, u64 right,
329              unsigned int ndigits)
330 {
331         u64 borrow = right;
332         int i;
333
334         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
335                 u64 diff;
336
337                 diff = left[i] - borrow;
338                 if (diff != left[i])
339                         borrow = (diff > left[i]);
340
341                 result[i] = diff;
342         }
343
344         return borrow;
345 }
346
347 static uint128_t mul_64_64(u64 left, u64 right)
348 {
349         uint128_t result;
350 #if defined(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_INT128)
351         unsigned __int128 m = (unsigned __int128)left * right;
352
353         result.m_low  = m;
354         result.m_high = m >> 64;
355 #else
356         u64 a0 = left & 0xffffffffull;
357         u64 a1 = left >> 32;
358         u64 b0 = right & 0xffffffffull;
359         u64 b1 = right >> 32;
360         u64 m0 = a0 * b0;
361         u64 m1 = a0 * b1;
362         u64 m2 = a1 * b0;
363         u64 m3 = a1 * b1;
364
365         m2 += (m0 >> 32);
366         m2 += m1;
367
368         /* Overflow */
369         if (m2 < m1)
370                 m3 += 0x100000000ull;
371
372         result.m_low = (m0 & 0xffffffffull) | (m2 << 32);
373         result.m_high = m3 + (m2 >> 32);
374 #endif
375         return result;
376 }
377
378 static uint128_t add_128_128(uint128_t a, uint128_t b)
379 {
380         uint128_t result;
381
382         result.m_low = a.m_low + b.m_low;
383         result.m_high = a.m_high + b.m_high + (result.m_low < a.m_low);
384
385         return result;
386 }
387
388 static void vli_mult(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
389                      unsigned int ndigits)
390 {
391         uint128_t r01 = { 0, 0 };
392         u64 r2 = 0;
393         unsigned int i, k;
394
395         /* Compute each digit of result in sequence, maintaining the
396          * carries.
397          */
398         for (k = 0; k < ndigits * 2 - 1; k++) {
399                 unsigned int min;
400
401                 if (k < ndigits)
402                         min = 0;
403                 else
404                         min = (k + 1) - ndigits;
405
406                 for (i = min; i <= k && i < ndigits; i++) {
407                         uint128_t product;
408
409                         product = mul_64_64(left[i], right[k - i]);
410
411                         r01 = add_128_128(r01, product);
412                         r2 += (r01.m_high < product.m_high);
413                 }
414
415                 result[k] = r01.m_low;
416                 r01.m_low = r01.m_high;
417                 r01.m_high = r2;
418                 r2 = 0;
419         }
420
421         result[ndigits * 2 - 1] = r01.m_low;
422 }
423
424 /* Compute product = left * right, for a small right value. */
425 static void vli_umult(u64 *result, const u64 *left, u32 right,
426                       unsigned int ndigits)
427 {
428         uint128_t r01 = { 0 };
429         unsigned int k;
430
431         for (k = 0; k < ndigits; k++) {
432                 uint128_t product;
433
434                 product = mul_64_64(left[k], right);
435                 r01 = add_128_128(r01, product);
436                 /* no carry */
437                 result[k] = r01.m_low;
438                 r01.m_low = r01.m_high;
439                 r01.m_high = 0;
440         }
441         result[k] = r01.m_low;
442         for (++k; k < ndigits * 2; k++)
443                 result[k] = 0;
444 }
445
446 static void vli_square(u64 *result, const u64 *left, unsigned int ndigits)
447 {
448         uint128_t r01 = { 0, 0 };
449         u64 r2 = 0;
450         int i, k;
451
452         for (k = 0; k < ndigits * 2 - 1; k++) {
453                 unsigned int min;
454
455                 if (k < ndigits)
456                         min = 0;
457                 else
458                         min = (k + 1) - ndigits;
459
460                 for (i = min; i <= k && i <= k - i; i++) {
461                         uint128_t product;
462
463                         product = mul_64_64(left[i], left[k - i]);
464
465                         if (i < k - i) {
466                                 r2 += product.m_high >> 63;
467                                 product.m_high = (product.m_high << 1) |
468                                                  (product.m_low >> 63);
469                                 product.m_low <<= 1;
470                         }
471
472                         r01 = add_128_128(r01, product);
473                         r2 += (r01.m_high < product.m_high);
474                 }
475
476                 result[k] = r01.m_low;
477                 r01.m_low = r01.m_high;
478                 r01.m_high = r2;
479                 r2 = 0;
480         }
481
482         result[ndigits * 2 - 1] = r01.m_low;
483 }
484
485 /* Computes result = (left + right) % mod.
486  * Assumes that left < mod and right < mod, result != mod.
487  */
488 static void vli_mod_add(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
489                         const u64 *mod, unsigned int ndigits)
490 {
491         u64 carry;
492
493         carry = vli_add(result, left, right, ndigits);
494
495         /* result > mod (result = mod + remainder), so subtract mod to
496          * get remainder.
497          */
498         if (carry || vli_cmp(result, mod, ndigits) >= 0)
499                 vli_sub(result, result, mod, ndigits);
500 }
501
502 /* Computes result = (left - right) % mod.
503  * Assumes that left < mod and right < mod, result != mod.
504  */
505 static void vli_mod_sub(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
506                         const u64 *mod, unsigned int ndigits)
507 {
508         u64 borrow = vli_sub(result, left, right, ndigits);
509
510         /* In this case, p_result == -diff == (max int) - diff.
511          * Since -x % d == d - x, we can get the correct result from
512          * result + mod (with overflow).
513          */
514         if (borrow)
515                 vli_add(result, result, mod, ndigits);
516 }
517
518 /*
519  * Computes result = product % mod
520  * for special form moduli: p = 2^k-c, for small c (note the minus sign)
521  *
522  * References:
523  * R. Crandall, C. Pomerance. Prime Numbers: A Computational Perspective.
524  * 9 Fast Algorithms for Large-Integer Arithmetic. 9.2.3 Moduli of special form
525  * Algorithm 9.2.13 (Fast mod operation for special-form moduli).
526  */
527 static void vli_mmod_special(u64 *result, const u64 *product,
528                               const u64 *mod, unsigned int ndigits)
529 {
530         u64 c = -mod[0];
531         u64 t[ECC_MAX_DIGITS * 2];
532         u64 r[ECC_MAX_DIGITS * 2];
533
534         vli_set(r, product, ndigits * 2);
535         while (!vli_is_zero(r + ndigits, ndigits)) {
536                 vli_umult(t, r + ndigits, c, ndigits);
537                 vli_clear(r + ndigits, ndigits);
538                 vli_add(r, r, t, ndigits * 2);
539         }
540         vli_set(t, mod, ndigits);
541         vli_clear(t + ndigits, ndigits);
542         while (vli_cmp(r, t, ndigits * 2) >= 0)
543                 vli_sub(r, r, t, ndigits * 2);
544         vli_set(result, r, ndigits);
545 }
546
547 /*
548  * Computes result = product % mod
549  * for special form moduli: p = 2^{k-1}+c, for small c (note the plus sign)
550  * where k-1 does not fit into qword boundary by -1 bit (such as 255).
551
552  * References (loosely based on):
553  * A. Menezes, P. van Oorschot, S. Vanstone. Handbook of Applied Cryptography.
554  * 14.3.4 Reduction methods for moduli of special form. Algorithm 14.47.
555  * URL: http://cacr.uwaterloo.ca/hac/about/chap14.pdf
556  *
557  * H. Cohen, G. Frey, R. Avanzi, C. Doche, T. Lange, K. Nguyen, F. Vercauteren.
558  * Handbook of Elliptic and Hyperelliptic Curve Cryptography.
559  * Algorithm 10.25 Fast reduction for special form moduli
560  */
561 static void vli_mmod_special2(u64 *result, const u64 *product,
562                                const u64 *mod, unsigned int ndigits)
563 {
564         u64 c2 = mod[0] * 2;
565         u64 q[ECC_MAX_DIGITS];
566         u64 r[ECC_MAX_DIGITS * 2];
567         u64 m[ECC_MAX_DIGITS * 2]; /* expanded mod */
568         int carry; /* last bit that doesn't fit into q */
569         int i;
570
571         vli_set(m, mod, ndigits);
572         vli_clear(m + ndigits, ndigits);
573
574         vli_set(r, product, ndigits);
575         /* q and carry are top bits */
576         vli_set(q, product + ndigits, ndigits);
577         vli_clear(r + ndigits, ndigits);
578         carry = vli_is_negative(r, ndigits);
579         if (carry)
580                 r[ndigits - 1] &= (1ull << 63) - 1;
581         for (i = 1; carry || !vli_is_zero(q, ndigits); i++) {
582                 u64 qc[ECC_MAX_DIGITS * 2];
583
584                 vli_umult(qc, q, c2, ndigits);
585                 if (carry)
586                         vli_uadd(qc, qc, mod[0], ndigits * 2);
587                 vli_set(q, qc + ndigits, ndigits);
588                 vli_clear(qc + ndigits, ndigits);
589                 carry = vli_is_negative(qc, ndigits);
590                 if (carry)
591                         qc[ndigits - 1] &= (1ull << 63) - 1;
592                 if (i & 1)
593                         vli_sub(r, r, qc, ndigits * 2);
594                 else
595                         vli_add(r, r, qc, ndigits * 2);
596         }
597         while (vli_is_negative(r, ndigits * 2))
598                 vli_add(r, r, m, ndigits * 2);
599         while (vli_cmp(r, m, ndigits * 2) >= 0)
600                 vli_sub(r, r, m, ndigits * 2);
601
602         vli_set(result, r, ndigits);
603 }
604
605 /*
606  * Computes result = product % mod, where product is 2N words long.
607  * Reference: Ken MacKay's micro-ecc.
608  * Currently only designed to work for curve_p or curve_n.
609  */
610 static void vli_mmod_slow(u64 *result, u64 *product, const u64 *mod,
611                           unsigned int ndigits)
612 {
613         u64 mod_m[2 * ECC_MAX_DIGITS];
614         u64 tmp[2 * ECC_MAX_DIGITS];
615         u64 *v[2] = { tmp, product };
616         u64 carry = 0;
617         unsigned int i;
618         /* Shift mod so its highest set bit is at the maximum position. */
619         int shift = (ndigits * 2 * 64) - vli_num_bits(mod, ndigits);
620         int word_shift = shift / 64;
621         int bit_shift = shift % 64;
622
623         vli_clear(mod_m, word_shift);
624         if (bit_shift > 0) {
625                 for (i = 0; i < ndigits; ++i) {
626                         mod_m[word_shift + i] = (mod[i] << bit_shift) | carry;
627                         carry = mod[i] >> (64 - bit_shift);
628                 }
629         } else
630                 vli_set(mod_m + word_shift, mod, ndigits);
631
632         for (i = 1; shift >= 0; --shift) {
633                 u64 borrow = 0;
634                 unsigned int j;
635
636                 for (j = 0; j < ndigits * 2; ++j) {
637                         u64 diff = v[i][j] - mod_m[j] - borrow;
638
639                         if (diff != v[i][j])
640                                 borrow = (diff > v[i][j]);
641                         v[1 - i][j] = diff;
642                 }
643                 i = !(i ^ borrow); /* Swap the index if there was no borrow */
644                 vli_rshift1(mod_m, ndigits);
645                 mod_m[ndigits - 1] |= mod_m[ndigits] << (64 - 1);
646                 vli_rshift1(mod_m + ndigits, ndigits);
647         }
648         vli_set(result, v[i], ndigits);
649 }
650
651 /* Computes result = product % mod using Barrett's reduction with precomputed
652  * value mu appended to the mod after ndigits, mu = (2^{2w} / mod) and have
653  * length ndigits + 1, where mu * (2^w - 1) should not overflow ndigits
654  * boundary.
655  *
656  * Reference:
657  * R. Brent, P. Zimmermann. Modern Computer Arithmetic. 2010.
658  * 2.4.1 Barrett's algorithm. Algorithm 2.5.
659  */
660 static void vli_mmod_barrett(u64 *result, u64 *product, const u64 *mod,
661                              unsigned int ndigits)
662 {
663         u64 q[ECC_MAX_DIGITS * 2];
664         u64 r[ECC_MAX_DIGITS * 2];
665         const u64 *mu = mod + ndigits;
666
667         vli_mult(q, product + ndigits, mu, ndigits);
668         if (mu[ndigits])
669                 vli_add(q + ndigits, q + ndigits, product + ndigits, ndigits);
670         vli_mult(r, mod, q + ndigits, ndigits);
671         vli_sub(r, product, r, ndigits * 2);
672         while (!vli_is_zero(r + ndigits, ndigits) ||
673                vli_cmp(r, mod, ndigits) != -1) {
674                 u64 carry;
675
676                 carry = vli_sub(r, r, mod, ndigits);
677                 vli_usub(r + ndigits, r + ndigits, carry, ndigits);
678         }
679         vli_set(result, r, ndigits);
680 }
681
682 /* Computes p_result = p_product % curve_p.
683  * See algorithm 5 and 6 from
684  * http://www.isys.uni-klu.ac.at/PDF/2001-0126-MT.pdf
685  */
686 static void vli_mmod_fast_192(u64 *result, const u64 *product,
687                               const u64 *curve_prime, u64 *tmp)
688 {
689         const unsigned int ndigits = 3;
690         int carry;
691
692         vli_set(result, product, ndigits);
693
694         vli_set(tmp, &product[3], ndigits);
695         carry = vli_add(result, result, tmp, ndigits);
696
697         tmp[0] = 0;
698         tmp[1] = product[3];
699         tmp[2] = product[4];
700         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
701
702         tmp[0] = tmp[1] = product[5];
703         tmp[2] = 0;
704         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
705
706         while (carry || vli_cmp(curve_prime, result, ndigits) != 1)
707                 carry -= vli_sub(result, result, curve_prime, ndigits);
708 }
709
710 /* Computes result = product % curve_prime
711  * from http://www.nsa.gov/ia/_files/nist-routines.pdf
712  */
713 static void vli_mmod_fast_256(u64 *result, const u64 *product,
714                               const u64 *curve_prime, u64 *tmp)
715 {
716         int carry;
717         const unsigned int ndigits = 4;
718
719         /* t */
720         vli_set(result, product, ndigits);
721
722         /* s1 */
723         tmp[0] = 0;
724         tmp[1] = product[5] & 0xffffffff00000000ull;
725         tmp[2] = product[6];
726         tmp[3] = product[7];
727         carry = vli_lshift(tmp, tmp, 1, ndigits);
728         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
729
730         /* s2 */
731         tmp[1] = product[6] << 32;
732         tmp[2] = (product[6] >> 32) | (product[7] << 32);
733         tmp[3] = product[7] >> 32;
734         carry += vli_lshift(tmp, tmp, 1, ndigits);
735         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
736
737         /* s3 */
738         tmp[0] = product[4];
739         tmp[1] = product[5] & 0xffffffff;
740         tmp[2] = 0;
741         tmp[3] = product[7];
742         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
743
744         /* s4 */
745         tmp[0] = (product[4] >> 32) | (product[5] << 32);
746         tmp[1] = (product[5] >> 32) | (product[6] & 0xffffffff00000000ull);
747         tmp[2] = product[7];
748         tmp[3] = (product[6] >> 32) | (product[4] << 32);
749         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
750
751         /* d1 */
752         tmp[0] = (product[5] >> 32) | (product[6] << 32);
753         tmp[1] = (product[6] >> 32);
754         tmp[2] = 0;
755         tmp[3] = (product[4] & 0xffffffff) | (product[5] << 32);
756         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
757
758         /* d2 */
759         tmp[0] = product[6];
760         tmp[1] = product[7];
761         tmp[2] = 0;
762         tmp[3] = (product[4] >> 32) | (product[5] & 0xffffffff00000000ull);
763         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
764
765         /* d3 */
766         tmp[0] = (product[6] >> 32) | (product[7] << 32);
767         tmp[1] = (product[7] >> 32) | (product[4] << 32);
768         tmp[2] = (product[4] >> 32) | (product[5] << 32);
769         tmp[3] = (product[6] << 32);
770         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
771
772         /* d4 */
773         tmp[0] = product[7];
774         tmp[1] = product[4] & 0xffffffff00000000ull;
775         tmp[2] = product[5];
776         tmp[3] = product[6] & 0xffffffff00000000ull;
777         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
778
779         if (carry < 0) {
780                 do {
781                         carry += vli_add(result, result, curve_prime, ndigits);
782                 } while (carry < 0);
783         } else {
784                 while (carry || vli_cmp(curve_prime, result, ndigits) != 1)
785                         carry -= vli_sub(result, result, curve_prime, ndigits);
786         }
787 }
788
789 #define SL32OR32(x32, y32) (((u64)x32 << 32) | y32)
790 #define AND64H(x64)  (x64 & 0xffFFffFF00000000ull)
791 #define AND64L(x64)  (x64 & 0x00000000ffFFffFFull)
792
793 /* Computes result = product % curve_prime
794  * from "Mathematical routines for the NIST prime elliptic curves"
795  */
796 static void vli_mmod_fast_384(u64 *result, const u64 *product,
797                                 const u64 *curve_prime, u64 *tmp)
798 {
799         int carry;
800         const unsigned int ndigits = 6;
801
802         /* t */
803         vli_set(result, product, ndigits);
804
805         /* s1 */
806         tmp[0] = 0;             // 0 || 0
807         tmp[1] = 0;             // 0 || 0
808         tmp[2] = SL32OR32(product[11], (product[10]>>32));      //a22||a21
809         tmp[3] = product[11]>>32;       // 0 ||a23
810         tmp[4] = 0;             // 0 || 0
811         tmp[5] = 0;             // 0 || 0
812         carry = vli_lshift(tmp, tmp, 1, ndigits);
813         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
814
815         /* s2 */
816         tmp[0] = product[6];    //a13||a12
817         tmp[1] = product[7];    //a15||a14
818         tmp[2] = product[8];    //a17||a16
819         tmp[3] = product[9];    //a19||a18
820         tmp[4] = product[10];   //a21||a20
821         tmp[5] = product[11];   //a23||a22
822         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
823
824         /* s3 */
825         tmp[0] = SL32OR32(product[11], (product[10]>>32));      //a22||a21
826         tmp[1] = SL32OR32(product[6], (product[11]>>32));       //a12||a23
827         tmp[2] = SL32OR32(product[7], (product[6])>>32);        //a14||a13
828         tmp[3] = SL32OR32(product[8], (product[7]>>32));        //a16||a15
829         tmp[4] = SL32OR32(product[9], (product[8]>>32));        //a18||a17
830         tmp[5] = SL32OR32(product[10], (product[9]>>32));       //a20||a19
831         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
832
833         /* s4 */
834         tmp[0] = AND64H(product[11]);   //a23|| 0
835         tmp[1] = (product[10]<<32);     //a20|| 0
836         tmp[2] = product[6];    //a13||a12
837         tmp[3] = product[7];    //a15||a14
838         tmp[4] = product[8];    //a17||a16
839         tmp[5] = product[9];    //a19||a18
840         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
841
842         /* s5 */
843         tmp[0] = 0;             //  0|| 0
844         tmp[1] = 0;             //  0|| 0
845         tmp[2] = product[10];   //a21||a20
846         tmp[3] = product[11];   //a23||a22
847         tmp[4] = 0;             //  0|| 0
848         tmp[5] = 0;             //  0|| 0
849         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
850
851         /* s6 */
852         tmp[0] = AND64L(product[10]);   // 0 ||a20
853         tmp[1] = AND64H(product[10]);   //a21|| 0
854         tmp[2] = product[11];   //a23||a22
855         tmp[3] = 0;             // 0 || 0
856         tmp[4] = 0;             // 0 || 0
857         tmp[5] = 0;             // 0 || 0
858         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
859
860         /* d1 */
861         tmp[0] = SL32OR32(product[6], (product[11]>>32));       //a12||a23
862         tmp[1] = SL32OR32(product[7], (product[6]>>32));        //a14||a13
863         tmp[2] = SL32OR32(product[8], (product[7]>>32));        //a16||a15
864         tmp[3] = SL32OR32(product[9], (product[8]>>32));        //a18||a17
865         tmp[4] = SL32OR32(product[10], (product[9]>>32));       //a20||a19
866         tmp[5] = SL32OR32(product[11], (product[10]>>32));      //a22||a21
867         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
868
869         /* d2 */
870         tmp[0] = (product[10]<<32);     //a20|| 0
871         tmp[1] = SL32OR32(product[11], (product[10]>>32));      //a22||a21
872         tmp[2] = (product[11]>>32);     // 0 ||a23
873         tmp[3] = 0;             // 0 || 0
874         tmp[4] = 0;             // 0 || 0
875         tmp[5] = 0;             // 0 || 0
876         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
877
878         /* d3 */
879         tmp[0] = 0;             // 0 || 0
880         tmp[1] = AND64H(product[11]);   //a23|| 0
881         tmp[2] = product[11]>>32;       // 0 ||a23
882         tmp[3] = 0;             // 0 || 0
883         tmp[4] = 0;             // 0 || 0
884         tmp[5] = 0;             // 0 || 0
885         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
886
887         if (carry < 0) {
888                 do {
889                         carry += vli_add(result, result, curve_prime, ndigits);
890                 } while (carry < 0);
891         } else {
892                 while (carry || vli_cmp(curve_prime, result, ndigits) != 1)
893                         carry -= vli_sub(result, result, curve_prime, ndigits);
894         }
895
896 }
897
898 #undef SL32OR32
899 #undef AND64H
900 #undef AND64L
901
902 /* Computes result = product % curve_prime for different curve_primes.
903  *
904  * Note that curve_primes are distinguished just by heuristic check and
905  * not by complete conformance check.
906  */
907 static bool vli_mmod_fast(u64 *result, u64 *product,
908                           const struct ecc_curve *curve)
909 {
910         u64 tmp[2 * ECC_MAX_DIGITS];
911         const u64 *curve_prime = curve->p;
912         const unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
913
914         /* All NIST curves have name prefix 'nist_' */
915         if (strncmp(curve->name, "nist_", 5) != 0) {
916                 /* Try to handle Pseudo-Marsenne primes. */
917                 if (curve_prime[ndigits - 1] == -1ull) {
918                         vli_mmod_special(result, product, curve_prime,
919                                          ndigits);
920                         return true;
921                 } else if (curve_prime[ndigits - 1] == 1ull << 63 &&
922                            curve_prime[ndigits - 2] == 0) {
923                         vli_mmod_special2(result, product, curve_prime,
924                                           ndigits);
925                         return true;
926                 }
927                 vli_mmod_barrett(result, product, curve_prime, ndigits);
928                 return true;
929         }
930
931         switch (ndigits) {
932         case 3:
933                 vli_mmod_fast_192(result, product, curve_prime, tmp);
934                 break;
935         case 4:
936                 vli_mmod_fast_256(result, product, curve_prime, tmp);
937                 break;
938         case 6:
939                 vli_mmod_fast_384(result, product, curve_prime, tmp);
940                 break;
941         default:
942                 pr_err_ratelimited("ecc: unsupported digits size!\n");
943                 return false;
944         }
945
946         return true;
947 }
948
949 /* Computes result = (left * right) % mod.
950  * Assumes that mod is big enough curve order.
951  */
952 void vli_mod_mult_slow(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
953                        const u64 *mod, unsigned int ndigits)
954 {
955         u64 product[ECC_MAX_DIGITS * 2];
956
957         vli_mult(product, left, right, ndigits);
958         vli_mmod_slow(result, product, mod, ndigits);
959 }
960 EXPORT_SYMBOL(vli_mod_mult_slow);
961
962 /* Computes result = (left * right) % curve_prime. */
963 static void vli_mod_mult_fast(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
964                               const struct ecc_curve *curve)
965 {
966         u64 product[2 * ECC_MAX_DIGITS];
967
968         vli_mult(product, left, right, curve->g.ndigits);
969         vli_mmod_fast(result, product, curve);
970 }
971
972 /* Computes result = left^2 % curve_prime. */
973 static void vli_mod_square_fast(u64 *result, const u64 *left,
974                                 const struct ecc_curve *curve)
975 {
976         u64 product[2 * ECC_MAX_DIGITS];
977
978         vli_square(product, left, curve->g.ndigits);
979         vli_mmod_fast(result, product, curve);
980 }
981
982 #define EVEN(vli) (!(vli[0] & 1))
983 /* Computes result = (1 / p_input) % mod. All VLIs are the same size.
984  * See "From Euclid's GCD to Montgomery Multiplication to the Great Divide"
985  * https://labs.oracle.com/techrep/2001/smli_tr-2001-95.pdf
986  */
987 void vli_mod_inv(u64 *result, const u64 *input, const u64 *mod,
988                         unsigned int ndigits)
989 {
990         u64 a[ECC_MAX_DIGITS], b[ECC_MAX_DIGITS];
991         u64 u[ECC_MAX_DIGITS], v[ECC_MAX_DIGITS];
992         u64 carry;
993         int cmp_result;
994
995         if (vli_is_zero(input, ndigits)) {
996                 vli_clear(result, ndigits);
997                 return;
998         }
999
1000         vli_set(a, input, ndigits);
1001         vli_set(b, mod, ndigits);
1002         vli_clear(u, ndigits);
1003         u[0] = 1;
1004         vli_clear(v, ndigits);
1005
1006         while ((cmp_result = vli_cmp(a, b, ndigits)) != 0) {
1007                 carry = 0;
1008
1009                 if (EVEN(a)) {
1010                         vli_rshift1(a, ndigits);
1011
1012                         if (!EVEN(u))
1013                                 carry = vli_add(u, u, mod, ndigits);
1014
1015                         vli_rshift1(u, ndigits);
1016                         if (carry)
1017                                 u[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
1018                 } else if (EVEN(b)) {
1019                         vli_rshift1(b, ndigits);
1020
1021                         if (!EVEN(v))
1022                                 carry = vli_add(v, v, mod, ndigits);
1023
1024                         vli_rshift1(v, ndigits);
1025                         if (carry)
1026                                 v[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
1027                 } else if (cmp_result > 0) {
1028                         vli_sub(a, a, b, ndigits);
1029                         vli_rshift1(a, ndigits);
1030
1031                         if (vli_cmp(u, v, ndigits) < 0)
1032                                 vli_add(u, u, mod, ndigits);
1033
1034                         vli_sub(u, u, v, ndigits);
1035                         if (!EVEN(u))
1036                                 carry = vli_add(u, u, mod, ndigits);
1037
1038                         vli_rshift1(u, ndigits);
1039                         if (carry)
1040                                 u[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
1041                 } else {
1042                         vli_sub(b, b, a, ndigits);
1043                         vli_rshift1(b, ndigits);
1044
1045                         if (vli_cmp(v, u, ndigits) < 0)
1046                                 vli_add(v, v, mod, ndigits);
1047
1048                         vli_sub(v, v, u, ndigits);
1049                         if (!EVEN(v))
1050                                 carry = vli_add(v, v, mod, ndigits);
1051
1052                         vli_rshift1(v, ndigits);
1053                         if (carry)
1054                                 v[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
1055                 }
1056         }
1057
1058         vli_set(result, u, ndigits);
1059 }
1060 EXPORT_SYMBOL(vli_mod_inv);
1061
1062 /* ------ Point operations ------ */
1063
1064 /* Returns true if p_point is the point at infinity, false otherwise. */
1065 static bool ecc_point_is_zero(const struct ecc_point *point)
1066 {
1067         return (vli_is_zero(point->x, point->ndigits) &&
1068                 vli_is_zero(point->y, point->ndigits));
1069 }
1070
1071 /* Point multiplication algorithm using Montgomery's ladder with co-Z
1072  * coordinates. From https://eprint.iacr.org/2011/338.pdf
1073  */
1074
1075 /* Double in place */
1076 static void ecc_point_double_jacobian(u64 *x1, u64 *y1, u64 *z1,
1077                                         const struct ecc_curve *curve)
1078 {
1079         /* t1 = x, t2 = y, t3 = z */
1080         u64 t4[ECC_MAX_DIGITS];
1081         u64 t5[ECC_MAX_DIGITS];
1082         const u64 *curve_prime = curve->p;
1083         const unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1084
1085         if (vli_is_zero(z1, ndigits))
1086                 return;
1087
1088         /* t4 = y1^2 */
1089         vli_mod_square_fast(t4, y1, curve);
1090         /* t5 = x1*y1^2 = A */
1091         vli_mod_mult_fast(t5, x1, t4, curve);
1092         /* t4 = y1^4 */
1093         vli_mod_square_fast(t4, t4, curve);
1094         /* t2 = y1*z1 = z3 */
1095         vli_mod_mult_fast(y1, y1, z1, curve);
1096         /* t3 = z1^2 */
1097         vli_mod_square_fast(z1, z1, curve);
1098
1099         /* t1 = x1 + z1^2 */
1100         vli_mod_add(x1, x1, z1, curve_prime, ndigits);
1101         /* t3 = 2*z1^2 */
1102         vli_mod_add(z1, z1, z1, curve_prime, ndigits);
1103         /* t3 = x1 - z1^2 */
1104         vli_mod_sub(z1, x1, z1, curve_prime, ndigits);
1105         /* t1 = x1^2 - z1^4 */
1106         vli_mod_mult_fast(x1, x1, z1, curve);
1107
1108         /* t3 = 2*(x1^2 - z1^4) */
1109         vli_mod_add(z1, x1, x1, curve_prime, ndigits);
1110         /* t1 = 3*(x1^2 - z1^4) */
1111         vli_mod_add(x1, x1, z1, curve_prime, ndigits);
1112         if (vli_test_bit(x1, 0)) {
1113                 u64 carry = vli_add(x1, x1, curve_prime, ndigits);
1114
1115                 vli_rshift1(x1, ndigits);
1116                 x1[ndigits - 1] |= carry << 63;
1117         } else {
1118                 vli_rshift1(x1, ndigits);
1119         }
1120         /* t1 = 3/2*(x1^2 - z1^4) = B */
1121
1122         /* t3 = B^2 */
1123         vli_mod_square_fast(z1, x1, curve);
1124         /* t3 = B^2 - A */
1125         vli_mod_sub(z1, z1, t5, curve_prime, ndigits);
1126         /* t3 = B^2 - 2A = x3 */
1127         vli_mod_sub(z1, z1, t5, curve_prime, ndigits);
1128         /* t5 = A - x3 */
1129         vli_mod_sub(t5, t5, z1, curve_prime, ndigits);
1130         /* t1 = B * (A - x3) */
1131         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t5, curve);
1132         /* t4 = B * (A - x3) - y1^4 = y3 */
1133         vli_mod_sub(t4, x1, t4, curve_prime, ndigits);
1134
1135         vli_set(x1, z1, ndigits);
1136         vli_set(z1, y1, ndigits);
1137         vli_set(y1, t4, ndigits);
1138 }
1139
1140 /* Modify (x1, y1) => (x1 * z^2, y1 * z^3) */
1141 static void apply_z(u64 *x1, u64 *y1, u64 *z, const struct ecc_curve *curve)
1142 {
1143         u64 t1[ECC_MAX_DIGITS];
1144
1145         vli_mod_square_fast(t1, z, curve);              /* z^2 */
1146         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t1, curve);   /* x1 * z^2 */
1147         vli_mod_mult_fast(t1, t1, z, curve);    /* z^3 */
1148         vli_mod_mult_fast(y1, y1, t1, curve);   /* y1 * z^3 */
1149 }
1150
1151 /* P = (x1, y1) => 2P, (x2, y2) => P' */
1152 static void xycz_initial_double(u64 *x1, u64 *y1, u64 *x2, u64 *y2,
1153                                 u64 *p_initial_z, const struct ecc_curve *curve)
1154 {
1155         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1156         const unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1157
1158         vli_set(x2, x1, ndigits);
1159         vli_set(y2, y1, ndigits);
1160
1161         vli_clear(z, ndigits);
1162         z[0] = 1;
1163
1164         if (p_initial_z)
1165                 vli_set(z, p_initial_z, ndigits);
1166
1167         apply_z(x1, y1, z, curve);
1168
1169         ecc_point_double_jacobian(x1, y1, z, curve);
1170
1171         apply_z(x2, y2, z, curve);
1172 }
1173
1174 /* Input P = (x1, y1, Z), Q = (x2, y2, Z)
1175  * Output P' = (x1', y1', Z3), P + Q = (x3, y3, Z3)
1176  * or P => P', Q => P + Q
1177  */
1178 static void xycz_add(u64 *x1, u64 *y1, u64 *x2, u64 *y2,
1179                         const struct ecc_curve *curve)
1180 {
1181         /* t1 = X1, t2 = Y1, t3 = X2, t4 = Y2 */
1182         u64 t5[ECC_MAX_DIGITS];
1183         const u64 *curve_prime = curve->p;
1184         const unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1185
1186         /* t5 = x2 - x1 */
1187         vli_mod_sub(t5, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1188         /* t5 = (x2 - x1)^2 = A */
1189         vli_mod_square_fast(t5, t5, curve);
1190         /* t1 = x1*A = B */
1191         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t5, curve);
1192         /* t3 = x2*A = C */
1193         vli_mod_mult_fast(x2, x2, t5, curve);
1194         /* t4 = y2 - y1 */
1195         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1196         /* t5 = (y2 - y1)^2 = D */
1197         vli_mod_square_fast(t5, y2, curve);
1198
1199         /* t5 = D - B */
1200         vli_mod_sub(t5, t5, x1, curve_prime, ndigits);
1201         /* t5 = D - B - C = x3 */
1202         vli_mod_sub(t5, t5, x2, curve_prime, ndigits);
1203         /* t3 = C - B */
1204         vli_mod_sub(x2, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1205         /* t2 = y1*(C - B) */
1206         vli_mod_mult_fast(y1, y1, x2, curve);
1207         /* t3 = B - x3 */
1208         vli_mod_sub(x2, x1, t5, curve_prime, ndigits);
1209         /* t4 = (y2 - y1)*(B - x3) */
1210         vli_mod_mult_fast(y2, y2, x2, curve);
1211         /* t4 = y3 */
1212         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1213
1214         vli_set(x2, t5, ndigits);
1215 }
1216
1217 /* Input P = (x1, y1, Z), Q = (x2, y2, Z)
1218  * Output P + Q = (x3, y3, Z3), P - Q = (x3', y3', Z3)
1219  * or P => P - Q, Q => P + Q
1220  */
1221 static void xycz_add_c(u64 *x1, u64 *y1, u64 *x2, u64 *y2,
1222                         const struct ecc_curve *curve)
1223 {
1224         /* t1 = X1, t2 = Y1, t3 = X2, t4 = Y2 */
1225         u64 t5[ECC_MAX_DIGITS];
1226         u64 t6[ECC_MAX_DIGITS];
1227         u64 t7[ECC_MAX_DIGITS];
1228         const u64 *curve_prime = curve->p;
1229         const unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1230
1231         /* t5 = x2 - x1 */
1232         vli_mod_sub(t5, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1233         /* t5 = (x2 - x1)^2 = A */
1234         vli_mod_square_fast(t5, t5, curve);
1235         /* t1 = x1*A = B */
1236         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t5, curve);
1237         /* t3 = x2*A = C */
1238         vli_mod_mult_fast(x2, x2, t5, curve);
1239         /* t4 = y2 + y1 */
1240         vli_mod_add(t5, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1241         /* t4 = y2 - y1 */
1242         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1243
1244         /* t6 = C - B */
1245         vli_mod_sub(t6, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1246         /* t2 = y1 * (C - B) */
1247         vli_mod_mult_fast(y1, y1, t6, curve);
1248         /* t6 = B + C */
1249         vli_mod_add(t6, x1, x2, curve_prime, ndigits);
1250         /* t3 = (y2 - y1)^2 */
1251         vli_mod_square_fast(x2, y2, curve);
1252         /* t3 = x3 */
1253         vli_mod_sub(x2, x2, t6, curve_prime, ndigits);
1254
1255         /* t7 = B - x3 */
1256         vli_mod_sub(t7, x1, x2, curve_prime, ndigits);
1257         /* t4 = (y2 - y1)*(B - x3) */
1258         vli_mod_mult_fast(y2, y2, t7, curve);
1259         /* t4 = y3 */
1260         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1261
1262         /* t7 = (y2 + y1)^2 = F */
1263         vli_mod_square_fast(t7, t5, curve);
1264         /* t7 = x3' */
1265         vli_mod_sub(t7, t7, t6, curve_prime, ndigits);
1266         /* t6 = x3' - B */
1267         vli_mod_sub(t6, t7, x1, curve_prime, ndigits);
1268         /* t6 = (y2 + y1)*(x3' - B) */
1269         vli_mod_mult_fast(t6, t6, t5, curve);
1270         /* t2 = y3' */
1271         vli_mod_sub(y1, t6, y1, curve_prime, ndigits);
1272
1273         vli_set(x1, t7, ndigits);
1274 }
1275
1276 static void ecc_point_mult(struct ecc_point *result,
1277                            const struct ecc_point *point, const u64 *scalar,
1278                            u64 *initial_z, const struct ecc_curve *curve,
1279                            unsigned int ndigits)
1280 {
1281         /* R0 and R1 */
1282         u64 rx[2][ECC_MAX_DIGITS];
1283         u64 ry[2][ECC_MAX_DIGITS];
1284         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1285         u64 sk[2][ECC_MAX_DIGITS];
1286         u64 *curve_prime = curve->p;
1287         int i, nb;
1288         int num_bits;
1289         int carry;
1290
1291         carry = vli_add(sk[0], scalar, curve->n, ndigits);
1292         vli_add(sk[1], sk[0], curve->n, ndigits);
1293         scalar = sk[!carry];
1294         num_bits = sizeof(u64) * ndigits * 8 + 1;
1295
1296         vli_set(rx[1], point->x, ndigits);
1297         vli_set(ry[1], point->y, ndigits);
1298
1299         xycz_initial_double(rx[1], ry[1], rx[0], ry[0], initial_z, curve);
1300
1301         for (i = num_bits - 2; i > 0; i--) {
1302                 nb = !vli_test_bit(scalar, i);
1303                 xycz_add_c(rx[1 - nb], ry[1 - nb], rx[nb], ry[nb], curve);
1304                 xycz_add(rx[nb], ry[nb], rx[1 - nb], ry[1 - nb], curve);
1305         }
1306
1307         nb = !vli_test_bit(scalar, 0);
1308         xycz_add_c(rx[1 - nb], ry[1 - nb], rx[nb], ry[nb], curve);
1309
1310         /* Find final 1/Z value. */
1311         /* X1 - X0 */
1312         vli_mod_sub(z, rx[1], rx[0], curve_prime, ndigits);
1313         /* Yb * (X1 - X0) */
1314         vli_mod_mult_fast(z, z, ry[1 - nb], curve);
1315         /* xP * Yb * (X1 - X0) */
1316         vli_mod_mult_fast(z, z, point->x, curve);
1317
1318         /* 1 / (xP * Yb * (X1 - X0)) */
1319         vli_mod_inv(z, z, curve_prime, point->ndigits);
1320
1321         /* yP / (xP * Yb * (X1 - X0)) */
1322         vli_mod_mult_fast(z, z, point->y, curve);
1323         /* Xb * yP / (xP * Yb * (X1 - X0)) */
1324         vli_mod_mult_fast(z, z, rx[1 - nb], curve);
1325         /* End 1/Z calculation */
1326
1327         xycz_add(rx[nb], ry[nb], rx[1 - nb], ry[1 - nb], curve);
1328
1329         apply_z(rx[0], ry[0], z, curve);
1330
1331         vli_set(result->x, rx[0], ndigits);
1332         vli_set(result->y, ry[0], ndigits);
1333 }
1334
1335 /* Computes R = P + Q mod p */
1336 static void ecc_point_add(const struct ecc_point *result,
1337                    const struct ecc_point *p, const struct ecc_point *q,
1338                    const struct ecc_curve *curve)
1339 {
1340         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1341         u64 px[ECC_MAX_DIGITS];
1342         u64 py[ECC_MAX_DIGITS];
1343         unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1344
1345         vli_set(result->x, q->x, ndigits);
1346         vli_set(result->y, q->y, ndigits);
1347         vli_mod_sub(z, result->x, p->x, curve->p, ndigits);
1348         vli_set(px, p->x, ndigits);
1349         vli_set(py, p->y, ndigits);
1350         xycz_add(px, py, result->x, result->y, curve);
1351         vli_mod_inv(z, z, curve->p, ndigits);
1352         apply_z(result->x, result->y, z, curve);
1353 }
1354
1355 /* Computes R = u1P + u2Q mod p using Shamir's trick.
1356  * Based on: Kenneth MacKay's micro-ecc (2014).
1357  */
1358 void ecc_point_mult_shamir(const struct ecc_point *result,
1359                            const u64 *u1, const struct ecc_point *p,
1360                            const u64 *u2, const struct ecc_point *q,
1361                            const struct ecc_curve *curve)
1362 {
1363         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1364         u64 sump[2][ECC_MAX_DIGITS];
1365         u64 *rx = result->x;
1366         u64 *ry = result->y;
1367         unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1368         unsigned int num_bits;
1369         struct ecc_point sum = ECC_POINT_INIT(sump[0], sump[1], ndigits);
1370         const struct ecc_point *points[4];
1371         const struct ecc_point *point;
1372         unsigned int idx;
1373         int i;
1374
1375         ecc_point_add(&sum, p, q, curve);
1376         points[0] = NULL;
1377         points[1] = p;
1378         points[2] = q;
1379         points[3] = &sum;
1380
1381         num_bits = max(vli_num_bits(u1, ndigits), vli_num_bits(u2, ndigits));
1382         i = num_bits - 1;
1383         idx = (!!vli_test_bit(u1, i)) | ((!!vli_test_bit(u2, i)) << 1);
1384         point = points[idx];
1385
1386         vli_set(rx, point->x, ndigits);
1387         vli_set(ry, point->y, ndigits);
1388         vli_clear(z + 1, ndigits - 1);
1389         z[0] = 1;
1390
1391         for (--i; i >= 0; i--) {
1392                 ecc_point_double_jacobian(rx, ry, z, curve);
1393                 idx = (!!vli_test_bit(u1, i)) | ((!!vli_test_bit(u2, i)) << 1);
1394                 point = points[idx];
1395                 if (point) {
1396                         u64 tx[ECC_MAX_DIGITS];
1397                         u64 ty[ECC_MAX_DIGITS];
1398                         u64 tz[ECC_MAX_DIGITS];
1399
1400                         vli_set(tx, point->x, ndigits);
1401                         vli_set(ty, point->y, ndigits);
1402                         apply_z(tx, ty, z, curve);
1403                         vli_mod_sub(tz, rx, tx, curve->p, ndigits);
1404                         xycz_add(tx, ty, rx, ry, curve);
1405                         vli_mod_mult_fast(z, z, tz, curve);
1406                 }
1407         }
1408         vli_mod_inv(z, z, curve->p, ndigits);
1409         apply_z(rx, ry, z, curve);
1410 }
1411 EXPORT_SYMBOL(ecc_point_mult_shamir);
1412
1413 static int __ecc_is_key_valid(const struct ecc_curve *curve,
1414                               const u64 *private_key, unsigned int ndigits)
1415 {
1416         u64 one[ECC_MAX_DIGITS] = { 1, };
1417         u64 res[ECC_MAX_DIGITS];
1418
1419         if (!private_key)
1420                 return -EINVAL;
1421
1422         if (curve->g.ndigits != ndigits)
1423                 return -EINVAL;
1424
1425         /* Make sure the private key is in the range [2, n-3]. */
1426         if (vli_cmp(one, private_key, ndigits) != -1)
1427                 return -EINVAL;
1428         vli_sub(res, curve->n, one, ndigits);
1429         vli_sub(res, res, one, ndigits);
1430         if (vli_cmp(res, private_key, ndigits) != 1)
1431                 return -EINVAL;
1432
1433         return 0;
1434 }
1435
1436 int ecc_is_key_valid(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits,
1437                      const u64 *private_key, unsigned int private_key_len)
1438 {
1439         int nbytes;
1440         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1441
1442         nbytes = ndigits << ECC_DIGITS_TO_BYTES_SHIFT;
1443
1444         if (private_key_len != nbytes)
1445                 return -EINVAL;
1446
1447         return __ecc_is_key_valid(curve, private_key, ndigits);
1448 }
1449 EXPORT_SYMBOL(ecc_is_key_valid);
1450
1451 /*
1452  * ECC private keys are generated using the method of extra random bits,
1453  * equivalent to that described in FIPS 186-4, Appendix B.4.1.
1454  *
1455  * d = (c mod(n–1)) + 1    where c is a string of random bits, 64 bits longer
1456  *                         than requested
1457  * 0 <= c mod(n-1) <= n-2  and implies that
1458  * 1 <= d <= n-1
1459  *
1460  * This method generates a private key uniformly distributed in the range
1461  * [1, n-1].
1462  */
1463 int ecc_gen_privkey(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits, u64 *privkey)
1464 {
1465         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1466         u64 priv[ECC_MAX_DIGITS];
1467         unsigned int nbytes = ndigits << ECC_DIGITS_TO_BYTES_SHIFT;
1468         unsigned int nbits = vli_num_bits(curve->n, ndigits);
1469         int err;
1470
1471         /* Check that N is included in Table 1 of FIPS 186-4, section 6.1.1 */
1472         if (nbits < 160 || ndigits > ARRAY_SIZE(priv))
1473                 return -EINVAL;
1474
1475         /*
1476          * FIPS 186-4 recommends that the private key should be obtained from a
1477          * RBG with a security strength equal to or greater than the security
1478          * strength associated with N.
1479          *
1480          * The maximum security strength identified by NIST SP800-57pt1r4 for
1481          * ECC is 256 (N >= 512).
1482          *
1483          * This condition is met by the default RNG because it selects a favored
1484          * DRBG with a security strength of 256.
1485          */
1486         if (crypto_get_default_rng())
1487                 return -EFAULT;
1488
1489         err = crypto_rng_get_bytes(crypto_default_rng, (u8 *)priv, nbytes);
1490         crypto_put_default_rng();
1491         if (err)
1492                 return err;
1493
1494         /* Make sure the private key is in the valid range. */
1495         if (__ecc_is_key_valid(curve, priv, ndigits))
1496                 return -EINVAL;
1497
1498         ecc_swap_digits(priv, privkey, ndigits);
1499
1500         return 0;
1501 }
1502 EXPORT_SYMBOL(ecc_gen_privkey);
1503
1504 int ecc_make_pub_key(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits,
1505                      const u64 *private_key, u64 *public_key)
1506 {
1507         int ret = 0;
1508         struct ecc_point *pk;
1509         u64 priv[ECC_MAX_DIGITS];
1510         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1511
1512         if (!private_key || !curve || ndigits > ARRAY_SIZE(priv)) {
1513                 ret = -EINVAL;
1514                 goto out;
1515         }
1516
1517         ecc_swap_digits(private_key, priv, ndigits);
1518
1519         pk = ecc_alloc_point(ndigits);
1520         if (!pk) {
1521                 ret = -ENOMEM;
1522                 goto out;
1523         }
1524
1525         ecc_point_mult(pk, &curve->g, priv, NULL, curve, ndigits);
1526
1527         /* SP800-56A rev 3 5.6.2.1.3 key check */
1528         if (ecc_is_pubkey_valid_full(curve, pk)) {
1529                 ret = -EAGAIN;
1530                 goto err_free_point;
1531         }
1532
1533         ecc_swap_digits(pk->x, public_key, ndigits);
1534         ecc_swap_digits(pk->y, &public_key[ndigits], ndigits);
1535
1536 err_free_point:
1537         ecc_free_point(pk);
1538 out:
1539         return ret;
1540 }
1541 EXPORT_SYMBOL(ecc_make_pub_key);
1542
1543 /* SP800-56A section 5.6.2.3.4 partial verification: ephemeral keys only */
1544 int ecc_is_pubkey_valid_partial(const struct ecc_curve *curve,
1545                                 struct ecc_point *pk)
1546 {
1547         u64 yy[ECC_MAX_DIGITS], xxx[ECC_MAX_DIGITS], w[ECC_MAX_DIGITS];
1548
1549         if (WARN_ON(pk->ndigits != curve->g.ndigits))
1550                 return -EINVAL;
1551
1552         /* Check 1: Verify key is not the zero point. */
1553         if (ecc_point_is_zero(pk))
1554                 return -EINVAL;
1555
1556         /* Check 2: Verify key is in the range [1, p-1]. */
1557         if (vli_cmp(curve->p, pk->x, pk->ndigits) != 1)
1558                 return -EINVAL;
1559         if (vli_cmp(curve->p, pk->y, pk->ndigits) != 1)
1560                 return -EINVAL;
1561
1562         /* Check 3: Verify that y^2 == (x^3 + a·x + b) mod p */
1563         vli_mod_square_fast(yy, pk->y, curve); /* y^2 */
1564         vli_mod_square_fast(xxx, pk->x, curve); /* x^2 */
1565         vli_mod_mult_fast(xxx, xxx, pk->x, curve); /* x^3 */
1566         vli_mod_mult_fast(w, curve->a, pk->x, curve); /* a·x */
1567         vli_mod_add(w, w, curve->b, curve->p, pk->ndigits); /* a·x + b */
1568         vli_mod_add(w, w, xxx, curve->p, pk->ndigits); /* x^3 + a·x + b */
1569         if (vli_cmp(yy, w, pk->ndigits) != 0) /* Equation */
1570                 return -EINVAL;
1571
1572         return 0;
1573 }
1574 EXPORT_SYMBOL(ecc_is_pubkey_valid_partial);
1575
1576 /* SP800-56A section 5.6.2.3.3 full verification */
1577 int ecc_is_pubkey_valid_full(const struct ecc_curve *curve,
1578                              struct ecc_point *pk)
1579 {
1580         struct ecc_point *nQ;
1581
1582         /* Checks 1 through 3 */
1583         int ret = ecc_is_pubkey_valid_partial(curve, pk);
1584
1585         if (ret)
1586                 return ret;
1587
1588         /* Check 4: Verify that nQ is the zero point. */
1589         nQ = ecc_alloc_point(pk->ndigits);
1590         if (!nQ)
1591                 return -ENOMEM;
1592
1593         ecc_point_mult(nQ, pk, curve->n, NULL, curve, pk->ndigits);
1594         if (!ecc_point_is_zero(nQ))
1595                 ret = -EINVAL;
1596
1597         ecc_free_point(nQ);
1598
1599         return ret;
1600 }
1601 EXPORT_SYMBOL(ecc_is_pubkey_valid_full);
1602
1603 int crypto_ecdh_shared_secret(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits,
1604                               const u64 *private_key, const u64 *public_key,
1605                               u64 *secret)
1606 {
1607         int ret = 0;
1608         struct ecc_point *product, *pk;
1609         u64 priv[ECC_MAX_DIGITS];
1610         u64 rand_z[ECC_MAX_DIGITS];
1611         unsigned int nbytes;
1612         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1613
1614         if (!private_key || !public_key || !curve ||
1615             ndigits > ARRAY_SIZE(priv) || ndigits > ARRAY_SIZE(rand_z)) {
1616                 ret = -EINVAL;
1617                 goto out;
1618         }
1619
1620         nbytes = ndigits << ECC_DIGITS_TO_BYTES_SHIFT;
1621
1622         get_random_bytes(rand_z, nbytes);
1623
1624         pk = ecc_alloc_point(ndigits);
1625         if (!pk) {
1626                 ret = -ENOMEM;
1627                 goto out;
1628         }
1629
1630         ecc_swap_digits(public_key, pk->x, ndigits);
1631         ecc_swap_digits(&public_key[ndigits], pk->y, ndigits);
1632         ret = ecc_is_pubkey_valid_partial(curve, pk);
1633         if (ret)
1634                 goto err_alloc_product;
1635
1636         ecc_swap_digits(private_key, priv, ndigits);
1637
1638         product = ecc_alloc_point(ndigits);
1639         if (!product) {
1640                 ret = -ENOMEM;
1641                 goto err_alloc_product;
1642         }
1643
1644         ecc_point_mult(product, pk, priv, rand_z, curve, ndigits);
1645
1646         if (ecc_point_is_zero(product)) {
1647                 ret = -EFAULT;
1648                 goto err_validity;
1649         }
1650
1651         ecc_swap_digits(product->x, secret, ndigits);
1652
1653 err_validity:
1654         memzero_explicit(priv, sizeof(priv));
1655         memzero_explicit(rand_z, sizeof(rand_z));
1656         ecc_free_point(product);
1657 err_alloc_product:
1658         ecc_free_point(pk);
1659 out:
1660         return ret;
1661 }
1662 EXPORT_SYMBOL(crypto_ecdh_shared_secret);
1663
1664 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");