third_party/mbedtls/repo/include/mbedtls/bignum.h

   1 /**
   2  * \file bignum.h
   3  *
   4  * \brief Multi-precision integer library
   5  */
   6 /*
   7  *  Copyright (C) 2006-2015, ARM Limited, All Rights Reserved
   8  *  SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
   9  *
  10  *  Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); you may
  11  *  not use this file except in compliance with the License.
  12  *  You may obtain a copy of the License at
  13  *
  14  *  http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  15  *
  16  *  Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  17  *  distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
  18  *  WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  19  *  See the License for the specific language governing permissions and
  20  *  limitations under the License.
  21  *
  22  *  This file is part of mbed TLS (https://tls.mbed.org)
  23  */
  24 #ifndef MBEDTLS_BIGNUM_H
  25 #define MBEDTLS_BIGNUM_H
  26
  27 #if !defined(MBEDTLS_CONFIG_FILE)
  28 #include "config.h"
  29 #else
  30 #include MBEDTLS_CONFIG_FILE
  31 #endif
  32
  33 #include <stddef.h>
  34 #include <stdint.h>
  35
  36 #if defined(MBEDTLS_FS_IO)
  37 #include <stdio.h>
  38 #endif
  39
  40 #define MBEDTLS_ERR_MPI_FILE_IO_ERROR                     -0x0002  /**< An error occurred while reading from or writing to a file. */
  41 #define MBEDTLS_ERR_MPI_BAD_INPUT_DATA                    -0x0004  /**< Bad input parameters to function. */
  42 #define MBEDTLS_ERR_MPI_INVALID_CHARACTER                 -0x0006  /**< There is an invalid character in the digit string. */
  43 #define MBEDTLS_ERR_MPI_BUFFER_TOO_SMALL                  -0x0008  /**< The buffer is too small to write to. */
  44 #define MBEDTLS_ERR_MPI_NEGATIVE_VALUE                    -0x000A  /**< The input arguments are negative or result in illegal output. */
  45 #define MBEDTLS_ERR_MPI_DIVISION_BY_ZERO                  -0x000C  /**< The input argument for division is zero, which is not allowed. */
  46 #define MBEDTLS_ERR_MPI_NOT_ACCEPTABLE                    -0x000E  /**< The input arguments are not acceptable. */
  47 #define MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED                      -0x0010  /**< Memory allocation failed. */
  48
  49 #define MBEDTLS_MPI_CHK(f)       \
  50     do                           \
  51     {                            \
  52         if( ( ret = (f) ) != 0 ) \
  53             goto cleanup;        \
  54     } while( 0 )
  55
  56 /*
  57  * Maximum size MPIs are allowed to grow to in number of limbs.
  58  */
  59 #define MBEDTLS_MPI_MAX_LIMBS                             10000
  60
  61 #if !defined(MBEDTLS_MPI_WINDOW_SIZE)
  62 /*
  63  * Maximum window size used for modular exponentiation. Default: 6
  64  * Minimum value: 1. Maximum value: 6.
  65  *
  66  * Result is an array of ( 2 << MBEDTLS_MPI_WINDOW_SIZE ) MPIs used
  67  * for the sliding window calculation. (So 64 by default)
  68  *
  69  * Reduction in size, reduces speed.
  70  */
  71 #define MBEDTLS_MPI_WINDOW_SIZE                           6        /**< Maximum windows size used. */
  72 #endif /* !MBEDTLS_MPI_WINDOW_SIZE */
  73
  74 #if !defined(MBEDTLS_MPI_MAX_SIZE)
  75 /*
  76  * Maximum size of MPIs allowed in bits and bytes for user-MPIs.
  77  * ( Default: 512 bytes => 4096 bits, Maximum tested: 2048 bytes => 16384 bits )
  78  *
  79  * Note: Calculations can temporarily result in larger MPIs. So the number
  80  * of limbs required (MBEDTLS_MPI_MAX_LIMBS) is higher.
  81  */
  82 #define MBEDTLS_MPI_MAX_SIZE                              1024     /**< Maximum number of bytes for usable MPIs. */
  83 #endif /* !MBEDTLS_MPI_MAX_SIZE */
  84
  85 #define MBEDTLS_MPI_MAX_BITS                              ( 8 * MBEDTLS_MPI_MAX_SIZE )    /**< Maximum number of bits for usable MPIs. */
  86
  87 /*
  88  * When reading from files with mbedtls_mpi_read_file() and writing to files with
  89  * mbedtls_mpi_write_file() the buffer should have space
  90  * for a (short) label, the MPI (in the provided radix), the newline
  91  * characters and the '\0'.
  92  *
  93  * By default we assume at least a 10 char label, a minimum radix of 10
  94  * (decimal) and a maximum of 4096 bit numbers (1234 decimal chars).
  95  * Autosized at compile time for at least a 10 char label, a minimum radix
  96  * of 10 (decimal) for a number of MBEDTLS_MPI_MAX_BITS size.
  97  *
  98  * This used to be statically sized to 1250 for a maximum of 4096 bit
  99  * numbers (1234 decimal chars).
 100  *
 101  * Calculate using the formula:
 102  *  MBEDTLS_MPI_RW_BUFFER_SIZE = ceil(MBEDTLS_MPI_MAX_BITS / ln(10) * ln(2)) +
 103  *                                LabelSize + 6
 104  */
 105 #define MBEDTLS_MPI_MAX_BITS_SCALE100          ( 100 * MBEDTLS_MPI_MAX_BITS )
 106 #define MBEDTLS_LN_2_DIV_LN_10_SCALE100                 332
 107 #define MBEDTLS_MPI_RW_BUFFER_SIZE             ( ((MBEDTLS_MPI_MAX_BITS_SCALE100 + MBEDTLS_LN_2_DIV_LN_10_SCALE100 - 1) / MBEDTLS_LN_2_DIV_LN_10_SCALE100) + 10 + 6 )
 108
 109 /*
 110  * Define the base integer type, architecture-wise.
 111  *
 112  * 32 or 64-bit integer types can be forced regardless of the underlying
 113  * architecture by defining MBEDTLS_HAVE_INT32 or MBEDTLS_HAVE_INT64
 114  * respectively and undefining MBEDTLS_HAVE_ASM.
 115  *
 116  * Double-width integers (e.g. 128-bit in 64-bit architectures) can be
 117  * disabled by defining MBEDTLS_NO_UDBL_DIVISION.
 118  */
 119 #if !defined(MBEDTLS_HAVE_INT32)
 120     #if defined(_MSC_VER) && defined(_M_AMD64)
 121         /* Always choose 64-bit when using MSC */
 122         #if !defined(MBEDTLS_HAVE_INT64)
 123             #define MBEDTLS_HAVE_INT64
 124         #endif /* !MBEDTLS_HAVE_INT64 */
 125         typedef  int64_t mbedtls_mpi_sint;
 126         typedef uint64_t mbedtls_mpi_uint;
 127     #elif defined(__GNUC__) && (                         \
 128         defined(__amd64__) || defined(__x86_64__)     || \
 129         defined(__ppc64__) || defined(__powerpc64__)  || \
 130         defined(__ia64__)  || defined(__alpha__)      || \
 131         ( defined(__sparc__) && defined(__arch64__) ) || \
 132         defined(__s390x__) || defined(__mips64) )
 133         #if !defined(MBEDTLS_HAVE_INT64)
 134             #define MBEDTLS_HAVE_INT64
 135         #endif /* MBEDTLS_HAVE_INT64 */
 136         typedef  int64_t mbedtls_mpi_sint;
 137         typedef uint64_t mbedtls_mpi_uint;
 138         #if !defined(MBEDTLS_NO_UDBL_DIVISION)
 139             /* mbedtls_t_udbl defined as 128-bit unsigned int */
 140             typedef unsigned int mbedtls_t_udbl __attribute__((mode(TI)));
 141             #define MBEDTLS_HAVE_UDBL
 142         #endif /* !MBEDTLS_NO_UDBL_DIVISION */
 143     #elif defined(__ARMCC_VERSION) && defined(__aarch64__)
 144         /*
 145          * __ARMCC_VERSION is defined for both armcc and armclang and
 146          * __aarch64__ is only defined by armclang when compiling 64-bit code
 147          */
 148         #if !defined(MBEDTLS_HAVE_INT64)
 149             #define MBEDTLS_HAVE_INT64
 150         #endif /* !MBEDTLS_HAVE_INT64 */
 151         typedef  int64_t mbedtls_mpi_sint;
 152         typedef uint64_t mbedtls_mpi_uint;
 153         #if !defined(MBEDTLS_NO_UDBL_DIVISION)
 154             /* mbedtls_t_udbl defined as 128-bit unsigned int */
 155             typedef __uint128_t mbedtls_t_udbl;
 156             #define MBEDTLS_HAVE_UDBL
 157         #endif /* !MBEDTLS_NO_UDBL_DIVISION */
 158     #elif defined(MBEDTLS_HAVE_INT64)
 159         /* Force 64-bit integers with unknown compiler */
 160         typedef  int64_t mbedtls_mpi_sint;
 161         typedef uint64_t mbedtls_mpi_uint;
 162     #endif
 163 #endif /* !MBEDTLS_HAVE_INT32 */
 164
 165 #if !defined(MBEDTLS_HAVE_INT64)
 166     /* Default to 32-bit compilation */
 167     #if !defined(MBEDTLS_HAVE_INT32)
 168         #define MBEDTLS_HAVE_INT32
 169     #endif /* !MBEDTLS_HAVE_INT32 */
 170     typedef  int32_t mbedtls_mpi_sint;
 171     typedef uint32_t mbedtls_mpi_uint;
 172     #if !defined(MBEDTLS_NO_UDBL_DIVISION)
 173         typedef uint64_t mbedtls_t_udbl;
 174         #define MBEDTLS_HAVE_UDBL
 175     #endif /* !MBEDTLS_NO_UDBL_DIVISION */
 176 #endif /* !MBEDTLS_HAVE_INT64 */
 177
 178 #ifdef __cplusplus
 179 extern "C" {
 180 #endif
 181
 182 /**
 183  * \brief          MPI structure
 184  */
 185 typedef struct mbedtls_mpi
 186 {
 187     int s;              /*!<  integer sign      */
 188     size_t n;           /*!<  total # of limbs  */
 189     mbedtls_mpi_uint *p;          /*!<  pointer to limbs  */
 190 }
 191 mbedtls_mpi;
 192
 193 /**
 194  * \brief           Initialize an MPI context.
 195  *
 196  *                  This makes the MPI ready to be set or freed,
 197  *                  but does not define a value for the MPI.
 198  *
 199  * \param X         The MPI context to initialize. This must not be \c NULL.
 200  */
 201 void mbedtls_mpi_init( mbedtls_mpi *X );
 202
 203 /**
 204  * \brief          This function frees the components of an MPI context.
 205  *
 206  * \param X        The MPI context to be cleared. This may be \c NULL,
 207  *                 in which case this function is a no-op. If it is
 208  *                 not \c NULL, it must point to an initialized MPI.
 209  */
 210 void mbedtls_mpi_free( mbedtls_mpi *X );
 211
 212 /**
 213  * \brief          Enlarge an MPI to the specified number of limbs.
 214  *
 215  * \note           This function does nothing if the MPI is
 216  *                 already large enough.
 217  *
 218  * \param X        The MPI to grow. It must be initialized.
 219  * \param nblimbs  The target number of limbs.
 220  *
 221  * \return         \c 0 if successful.
 222  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 223  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 224  */
 225 int mbedtls_mpi_grow( mbedtls_mpi *X, size_t nblimbs );
 226
 227 /**
 228  * \brief          This function resizes an MPI downwards, keeping at least the
 229  *                 specified number of limbs.
 230  *
 231  *                 If \c X is smaller than \c nblimbs, it is resized up
 232  *                 instead.
 233  *
 234  * \param X        The MPI to shrink. This must point to an initialized MPI.
 235  * \param nblimbs  The minimum number of limbs to keep.
 236  *
 237  * \return         \c 0 if successful.
 238  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed
 239  *                 (this can only happen when resizing up).
 240  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 241  */
 242 int mbedtls_mpi_shrink( mbedtls_mpi *X, size_t nblimbs );
 243
 244 /**
 245  * \brief          Make a copy of an MPI.
 246  *
 247  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 248  * \param Y        The source MPI. This must point to an initialized MPI.
 249  *
 250  * \note           The limb-buffer in the destination MPI is enlarged
 251  *                 if necessary to hold the value in the source MPI.
 252  *
 253  * \return         \c 0 if successful.
 254  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 255  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 256  */
 257 int mbedtls_mpi_copy( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *Y );
 258
 259 /**
 260  * \brief          Swap the contents of two MPIs.
 261  *
 262  * \param X        The first MPI. It must be initialized.
 263  * \param Y        The second MPI. It must be initialized.
 264  */
 265 void mbedtls_mpi_swap( mbedtls_mpi *X, mbedtls_mpi *Y );
 266
 267 /**
 268  * \brief          Perform a safe conditional copy of MPI which doesn't
 269  *                 reveal whether the condition was true or not.
 270  *
 271  * \param X        The MPI to conditionally assign to. This must point
 272  *                 to an initialized MPI.
 273  * \param Y        The MPI to be assigned from. This must point to an
 274  *                 initialized MPI.
 275  * \param assign   The condition deciding whether to perform the
 276  *                 assignment or not. Possible values:
 277  *                 * \c 1: Perform the assignment `X = Y`.
 278  *                 * \c 0: Keep the original value of \p X.
 279  *
 280  * \note           This function is equivalent to
 281  *                      `if( assign ) mbedtls_mpi_copy( X, Y );`
 282  *                 except that it avoids leaking any information about whether
 283  *                 the assignment was done or not (the above code may leak
 284  *                 information through branch prediction and/or memory access
 285  *                 patterns analysis).
 286  *
 287  * \return         \c 0 if successful.
 288  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 289  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 290  */
 291 int mbedtls_mpi_safe_cond_assign( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *Y, unsigned char assign );
 292
 293 /**
 294  * \brief          Perform a safe conditional swap which doesn't
 295  *                 reveal whether the condition was true or not.
 296  *
 297  * \param X        The first MPI. This must be initialized.
 298  * \param Y        The second MPI. This must be initialized.
 299  * \param assign   The condition deciding whether to perform
 300  *                 the swap or not. Possible values:
 301  *                 * \c 1: Swap the values of \p X and \p Y.
 302  *                 * \c 0: Keep the original values of \p X and \p Y.
 303  *
 304  * \note           This function is equivalent to
 305  *                      if( assign ) mbedtls_mpi_swap( X, Y );
 306  *                 except that it avoids leaking any information about whether
 307  *                 the assignment was done or not (the above code may leak
 308  *                 information through branch prediction and/or memory access
 309  *                 patterns analysis).
 310  *
 311  * \return         \c 0 if successful.
 312  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 313  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 314  *
 315  */
 316 int mbedtls_mpi_safe_cond_swap( mbedtls_mpi *X, mbedtls_mpi *Y, unsigned char assign );
 317
 318 /**
 319  * \brief          Store integer value in MPI.
 320  *
 321  * \param X        The MPI to set. This must be initialized.
 322  * \param z        The value to use.
 323  *
 324  * \return         \c 0 if successful.
 325  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 326  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 327  */
 328 int mbedtls_mpi_lset( mbedtls_mpi *X, mbedtls_mpi_sint z );
 329
 330 /**
 331  * \brief          Get a specific bit from an MPI.
 332  *
 333  * \param X        The MPI to query. This must be initialized.
 334  * \param pos      Zero-based index of the bit to query.
 335  *
 336  * \return         \c 0 or \c 1 on success, depending on whether bit \c pos
 337  *                 of \c X is unset or set.
 338  * \return         A negative error code on failure.
 339  */
 340 int mbedtls_mpi_get_bit( const mbedtls_mpi *X, size_t pos );
 341
 342 /**
 343  * \brief          Modify a specific bit in an MPI.
 344  *
 345  * \note           This function will grow the target MPI if necessary to set a
 346  *                 bit to \c 1 in a not yet existing limb. It will not grow if
 347  *                 the bit should be set to \c 0.
 348  *
 349  * \param X        The MPI to modify. This must be initialized.
 350  * \param pos      Zero-based index of the bit to modify.
 351  * \param val      The desired value of bit \c pos: \c 0 or \c 1.
 352  *
 353  * \return         \c 0 if successful.
 354  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 355  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 356  */
 357 int mbedtls_mpi_set_bit( mbedtls_mpi *X, size_t pos, unsigned char val );
 358
 359 /**
 360  * \brief          Return the number of bits of value \c 0 before the
 361  *                 least significant bit of value \c 1.
 362  *
 363  * \note           This is the same as the zero-based index of
 364  *                 the least significant bit of value \c 1.
 365  *
 366  * \param X        The MPI to query.
 367  *
 368  * \return         The number of bits of value \c 0 before the least significant
 369  *                 bit of value \c 1 in \p X.
 370  */
 371 size_t mbedtls_mpi_lsb( const mbedtls_mpi *X );
 372
 373 /**
 374  * \brief          Return the number of bits up to and including the most
 375  *                 significant bit of value \c 1.
 376  *
 377  * * \note         This is same as the one-based index of the most
 378  *                 significant bit of value \c 1.
 379  *
 380  * \param X        The MPI to query. This must point to an initialized MPI.
 381  *
 382  * \return         The number of bits up to and including the most
 383  *                 significant bit of value \c 1.
 384  */
 385 size_t mbedtls_mpi_bitlen( const mbedtls_mpi *X );
 386
 387 /**
 388  * \brief          Return the total size of an MPI value in bytes.
 389  *
 390  * \param X        The MPI to use. This must point to an initialized MPI.
 391  *
 392  * \note           The value returned by this function may be less than
 393  *                 the number of bytes used to store \p X internally.
 394  *                 This happens if and only if there are trailing bytes
 395  *                 of value zero.
 396  *
 397  * \return         The least number of bytes capable of storing
 398  *                 the absolute value of \p X.
 399  */
 400 size_t mbedtls_mpi_size( const mbedtls_mpi *X );
 401
 402 /**
 403  * \brief          Import an MPI from an ASCII string.
 404  *
 405  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 406  * \param radix    The numeric base of the input string.
 407  * \param s        Null-terminated string buffer.
 408  *
 409  * \return         \c 0 if successful.
 410  * \return         A negative error code on failure.
 411  */
 412 int mbedtls_mpi_read_string( mbedtls_mpi *X, int radix, const char *s );
 413
 414 /**
 415  * \brief          Export an MPI to an ASCII string.
 416  *
 417  * \param X        The source MPI. This must point to an initialized MPI.
 418  * \param radix    The numeric base of the output string.
 419  * \param buf      The buffer to write the string to. This must be writable
 420  *                 buffer of length \p buflen Bytes.
 421  * \param buflen   The available size in Bytes of \p buf.
 422  * \param olen     The address at which to store the length of the string
 423  *                 written, including the  final \c NULL byte. This must
 424  *                 not be \c NULL.
 425  *
 426  * \note           You can call this function with `buflen == 0` to obtain the
 427  *                 minimum required buffer size in `*olen`.
 428  *
 429  * \return         \c 0 if successful.
 430  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_BUFFER_TOO_SMALL if the target buffer \p buf
 431  *                 is too small to hold the value of \p X in the desired base.
 432  *                 In this case, `*olen` is nonetheless updated to contain the
 433  *                 size of \p buf required for a successful call.
 434  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 435  */
 436 int mbedtls_mpi_write_string( const mbedtls_mpi *X, int radix,
 437                               char *buf, size_t buflen, size_t *olen );
 438
 439 #if defined(MBEDTLS_FS_IO)
 440 /**
 441  * \brief          Read an MPI from a line in an opened file.
 442  *
 443  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 444  * \param radix    The numeric base of the string representation used
 445  *                 in the source line.
 446  * \param fin      The input file handle to use. This must not be \c NULL.
 447  *
 448  * \note           On success, this function advances the file stream
 449  *                 to the end of the current line or to EOF.
 450  *
 451  *                 The function returns \c 0 on an empty line.
 452  *
 453  *                 Leading whitespaces are ignored, as is a
 454  *                 '0x' prefix for radix \c 16.
 455  *
 456  * \return         \c 0 if successful.
 457  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_BUFFER_TOO_SMALL if the file read buffer
 458  *                 is too small.
 459  * \return         Another negative error code on failure.
 460  */
 461 int mbedtls_mpi_read_file( mbedtls_mpi *X, int radix, FILE *fin );
 462
 463 /**
 464  * \brief          Export an MPI into an opened file.
 465  *
 466  * \param p        A string prefix to emit prior to the MPI data.
 467  *                 For example, this might be a label, or "0x" when
 468  *                 printing in base \c 16. This may be \c NULL if no prefix
 469  *                 is needed.
 470  * \param X        The source MPI. This must point to an initialized MPI.
 471  * \param radix    The numeric base to be used in the emitted string.
 472  * \param fout     The output file handle. This may be \c NULL, in which case
 473  *                 the output is written to \c stdout.
 474  *
 475  * \return         \c 0 if successful.
 476  * \return         A negative error code on failure.
 477  */
 478 int mbedtls_mpi_write_file( const char *p, const mbedtls_mpi *X,
 479                             int radix, FILE *fout );
 480 #endif /* MBEDTLS_FS_IO */
 481
 482 /**
 483  * \brief          Import an MPI from unsigned big endian binary data.
 484  *
 485  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 486  * \param buf      The input buffer. This must be a readable buffer of length
 487  *                 \p buflen Bytes.
 488  * \param buflen   The length of the input buffer \p p in Bytes.
 489  *
 490  * \return         \c 0 if successful.
 491  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 492  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 493  */
 494 int mbedtls_mpi_read_binary( mbedtls_mpi *X, const unsigned char *buf,
 495                              size_t buflen );
 496
 497 /**
 498  * \brief          Import X from unsigned binary data, little endian
 499  *
 500  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 501  * \param buf      The input buffer. This must be a readable buffer of length
 502  *                 \p buflen Bytes.
 503  * \param buflen   The length of the input buffer \p p in Bytes.
 504  *
 505  * \return         \c 0 if successful.
 506  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 507  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 508  */
 509 int mbedtls_mpi_read_binary_le( mbedtls_mpi *X,
 510                                 const unsigned char *buf, size_t buflen );
 511
 512 /**
 513  * \brief          Export X into unsigned binary data, big endian.
 514  *                 Always fills the whole buffer, which will start with zeros
 515  *                 if the number is smaller.
 516  *
 517  * \param X        The source MPI. This must point to an initialized MPI.
 518  * \param buf      The output buffer. This must be a writable buffer of length
 519  *                 \p buflen Bytes.
 520  * \param buflen   The size of the output buffer \p buf in Bytes.
 521  *
 522  * \return         \c 0 if successful.
 523  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_BUFFER_TOO_SMALL if \p buf isn't
 524  *                 large enough to hold the value of \p X.
 525  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 526  */
 527 int mbedtls_mpi_write_binary( const mbedtls_mpi *X, unsigned char *buf,
 528                               size_t buflen );
 529
 530 /**
 531  * \brief          Export X into unsigned binary data, little endian.
 532  *                 Always fills the whole buffer, which will end with zeros
 533  *                 if the number is smaller.
 534  *
 535  * \param X        The source MPI. This must point to an initialized MPI.
 536  * \param buf      The output buffer. This must be a writable buffer of length
 537  *                 \p buflen Bytes.
 538  * \param buflen   The size of the output buffer \p buf in Bytes.
 539  *
 540  * \return         \c 0 if successful.
 541  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_BUFFER_TOO_SMALL if \p buf isn't
 542  *                 large enough to hold the value of \p X.
 543  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 544  */
 545 int mbedtls_mpi_write_binary_le( const mbedtls_mpi *X,
 546                                  unsigned char *buf, size_t buflen );
 547
 548 /**
 549  * \brief          Perform a left-shift on an MPI: X <<= count
 550  *
 551  * \param X        The MPI to shift. This must point to an initialized MPI.
 552  * \param count    The number of bits to shift by.
 553  *
 554  * \return         \c 0 if successful.
 555  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 556  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 557  */
 558 int mbedtls_mpi_shift_l( mbedtls_mpi *X, size_t count );
 559
 560 /**
 561  * \brief          Perform a right-shift on an MPI: X >>= count
 562  *
 563  * \param X        The MPI to shift. This must point to an initialized MPI.
 564  * \param count    The number of bits to shift by.
 565  *
 566  * \return         \c 0 if successful.
 567  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 568  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 569  */
 570 int mbedtls_mpi_shift_r( mbedtls_mpi *X, size_t count );
 571
 572 /**
 573  * \brief          Compare the absolute values of two MPIs.
 574  *
 575  * \param X        The left-hand MPI. This must point to an initialized MPI.
 576  * \param Y        The right-hand MPI. This must point to an initialized MPI.
 577  *
 578  * \return         \c 1 if `|X|` is greater than `|Y|`.
 579  * \return         \c -1 if `|X|` is lesser than `|Y|`.
 580  * \return         \c 0 if `|X|` is equal to `|Y|`.
 581  */
 582 int mbedtls_mpi_cmp_abs( const mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *Y );
 583
 584 /**
 585  * \brief          Compare two MPIs.
 586  *
 587  * \param X        The left-hand MPI. This must point to an initialized MPI.
 588  * \param Y        The right-hand MPI. This must point to an initialized MPI.
 589  *
 590  * \return         \c 1 if \p X is greater than \p Y.
 591  * \return         \c -1 if \p X is lesser than \p Y.
 592  * \return         \c 0 if \p X is equal to \p Y.
 593  */
 594 int mbedtls_mpi_cmp_mpi( const mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *Y );
 595
 596 /**
 597  * \brief          Compare an MPI with an integer.
 598  *
 599  * \param X        The left-hand MPI. This must point to an initialized MPI.
 600  * \param z        The integer value to compare \p X to.
 601  *
 602  * \return         \c 1 if \p X is greater than \p z.
 603  * \return         \c -1 if \p X is lesser than \p z.
 604  * \return         \c 0 if \p X is equal to \p z.
 605  */
 606 int mbedtls_mpi_cmp_int( const mbedtls_mpi *X, mbedtls_mpi_sint z );
 607
 608 /**
 609  * \brief          Perform an unsigned addition of MPIs: X = |A| + |B|
 610  *
 611  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 612  * \param A        The first summand. This must point to an initialized MPI.
 613  * \param B        The second summand. This must point to an initialized MPI.
 614  *
 615  * \return         \c 0 if successful.
 616  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 617  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 618  */
 619 int mbedtls_mpi_add_abs( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 620                          const mbedtls_mpi *B );
 621
 622 /**
 623  * \brief          Perform an unsigned subtraction of MPIs: X = |A| - |B|
 624  *
 625  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 626  * \param A        The minuend. This must point to an initialized MPI.
 627  * \param B        The subtrahend. This must point to an initialized MPI.
 628  *
 629  * \return         \c 0 if successful.
 630  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_NEGATIVE_VALUE if \p B is greater than \p A.
 631  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 632  *
 633  */
 634 int mbedtls_mpi_sub_abs( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 635                          const mbedtls_mpi *B );
 636
 637 /**
 638  * \brief          Perform a signed addition of MPIs: X = A + B
 639  *
 640  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 641  * \param A        The first summand. This must point to an initialized MPI.
 642  * \param B        The second summand. This must point to an initialized MPI.
 643  *
 644  * \return         \c 0 if successful.
 645  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 646  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 647  */
 648 int mbedtls_mpi_add_mpi( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 649                          const mbedtls_mpi *B );
 650
 651 /**
 652  * \brief          Perform a signed subtraction of MPIs: X = A - B
 653  *
 654  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 655  * \param A        The minuend. This must point to an initialized MPI.
 656  * \param B        The subtrahend. This must point to an initialized MPI.
 657  *
 658  * \return         \c 0 if successful.
 659  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 660  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 661  */
 662 int mbedtls_mpi_sub_mpi( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 663                          const mbedtls_mpi *B );
 664
 665 /**
 666  * \brief          Perform a signed addition of an MPI and an integer: X = A + b
 667  *
 668  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 669  * \param A        The first summand. This must point to an initialized MPI.
 670  * \param b        The second summand.
 671  *
 672  * \return         \c 0 if successful.
 673  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 674  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 675  */
 676 int mbedtls_mpi_add_int( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 677                          mbedtls_mpi_sint b );
 678
 679 /**
 680  * \brief          Perform a signed subtraction of an MPI and an integer:
 681  *                 X = A - b
 682  *
 683  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 684  * \param A        The minuend. This must point to an initialized MPI.
 685  * \param b        The subtrahend.
 686  *
 687  * \return         \c 0 if successful.
 688  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 689  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 690  */
 691 int mbedtls_mpi_sub_int( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 692                          mbedtls_mpi_sint b );
 693
 694 /**
 695  * \brief          Perform a multiplication of two MPIs: X = A * B
 696  *
 697  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 698  * \param A        The first factor. This must point to an initialized MPI.
 699  * \param B        The second factor. This must point to an initialized MPI.
 700  *
 701  * \return         \c 0 if successful.
 702  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 703  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 704  *
 705  */
 706 int mbedtls_mpi_mul_mpi( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 707                          const mbedtls_mpi *B );
 708
 709 /**
 710  * \brief          Perform a multiplication of an MPI with an unsigned integer:
 711  *                 X = A * b
 712  *
 713  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 714  * \param A        The first factor. This must point to an initialized MPI.
 715  * \param b        The second factor.
 716  *
 717  * \return         \c 0 if successful.
 718  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 719  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 720  *
 721  */
 722 int mbedtls_mpi_mul_int( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 723                          mbedtls_mpi_uint b );
 724
 725 /**
 726  * \brief          Perform a division with remainder of two MPIs:
 727  *                 A = Q * B + R
 728  *
 729  * \param Q        The destination MPI for the quotient.
 730  *                 This may be \c NULL if the value of the
 731  *                 quotient is not needed.
 732  * \param R        The destination MPI for the remainder value.
 733  *                 This may be \c NULL if the value of the
 734  *                 remainder is not needed.
 735  * \param A        The dividend. This must point to an initialized MPi.
 736  * \param B        The divisor. This must point to an initialized MPI.
 737  *
 738  * \return         \c 0 if successful.
 739  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 740  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_DIVISION_BY_ZERO if \p B equals zero.
 741  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 742  */
 743 int mbedtls_mpi_div_mpi( mbedtls_mpi *Q, mbedtls_mpi *R, const mbedtls_mpi *A,
 744                          const mbedtls_mpi *B );
 745
 746 /**
 747  * \brief          Perform a division with remainder of an MPI by an integer:
 748  *                 A = Q * b + R
 749  *
 750  * \param Q        The destination MPI for the quotient.
 751  *                 This may be \c NULL if the value of the
 752  *                 quotient is not needed.
 753  * \param R        The destination MPI for the remainder value.
 754  *                 This may be \c NULL if the value of the
 755  *                 remainder is not needed.
 756  * \param A        The dividend. This must point to an initialized MPi.
 757  * \param b        The divisor.
 758  *
 759  * \return         \c 0 if successful.
 760  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if memory allocation failed.
 761  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_DIVISION_BY_ZERO if \p b equals zero.
 762  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 763  */
 764 int mbedtls_mpi_div_int( mbedtls_mpi *Q, mbedtls_mpi *R, const mbedtls_mpi *A,
 765                          mbedtls_mpi_sint b );
 766
 767 /**
 768  * \brief          Perform a modular reduction. R = A mod B
 769  *
 770  * \param R        The destination MPI for the residue value.
 771  *                 This must point to an initialized MPI.
 772  * \param A        The MPI to compute the residue of.
 773  *                 This must point to an initialized MPI.
 774  * \param B        The base of the modular reduction.
 775  *                 This must point to an initialized MPI.
 776  *
 777  * \return         \c 0 if successful.
 778  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 779  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_DIVISION_BY_ZERO if \p B equals zero.
 780  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_NEGATIVE_VALUE if \p B is negative.
 781  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 782  *
 783  */
 784 int mbedtls_mpi_mod_mpi( mbedtls_mpi *R, const mbedtls_mpi *A,
 785                          const mbedtls_mpi *B );
 786
 787 /**
 788  * \brief          Perform a modular reduction with respect to an integer.
 789  *                 r = A mod b
 790  *
 791  * \param r        The address at which to store the residue.
 792  *                 This must not be \c NULL.
 793  * \param A        The MPI to compute the residue of.
 794  *                 This must point to an initialized MPi.
 795  * \param b        The integer base of the modular reduction.
 796  *
 797  * \return         \c 0 if successful.
 798  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 799  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_DIVISION_BY_ZERO if \p b equals zero.
 800  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_NEGATIVE_VALUE if \p b is negative.
 801  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 802  */
 803 int mbedtls_mpi_mod_int( mbedtls_mpi_uint *r, const mbedtls_mpi *A,
 804                          mbedtls_mpi_sint b );
 805
 806 /**
 807  * \brief          Perform a sliding-window exponentiation: X = A^E mod N
 808  *
 809  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 810  * \param A        The base of the exponentiation.
 811  *                 This must point to an initialized MPI.
 812  * \param E        The exponent MPI. This must point to an initialized MPI.
 813  * \param N        The base for the modular reduction. This must point to an
 814  *                 initialized MPI.
 815  * \param _RR      A helper MPI depending solely on \p N which can be used to
 816  *                 speed-up multiple modular exponentiations for the same value
 817  *                 of \p N. This may be \c NULL. If it is not \c NULL, it must
 818  *                 point to an initialized MPI. If it hasn't been used after
 819  *                 the call to mbedtls_mpi_init(), this function will compute
 820  *                 the helper value and store it in \p _RR for reuse on
 821  *                 subsequent calls to this function. Otherwise, the function
 822  *                 will assume that \p _RR holds the helper value set by a
 823  *                 previous call to mbedtls_mpi_exp_mod(), and reuse it.
 824  *
 825  * \return         \c 0 if successful.
 826  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 827  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_BAD_INPUT_DATA if \c N is negative or
 828  *                 even, or if \c E is negative.
 829  * \return         Another negative error code on different kinds of failures.
 830  *
 831  */
 832 int mbedtls_mpi_exp_mod( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 833                          const mbedtls_mpi *E, const mbedtls_mpi *N,
 834                          mbedtls_mpi *_RR );
 835
 836 /**
 837  * \brief          Fill an MPI with a number of random bytes.
 838  *
 839  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 840  * \param size     The number of random bytes to generate.
 841  * \param f_rng    The RNG function to use. This must not be \c NULL.
 842  * \param p_rng    The RNG parameter to be passed to \p f_rng. This may be
 843  *                 \c NULL if \p f_rng doesn't need a context argument.
 844  *
 845  * \return         \c 0 if successful.
 846  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 847  * \return         Another negative error code on failure.
 848  *
 849  * \note           The bytes obtained from the RNG are interpreted
 850  *                 as a big-endian representation of an MPI; this can
 851  *                 be relevant in applications like deterministic ECDSA.
 852  */
 853 int mbedtls_mpi_fill_random( mbedtls_mpi *X, size_t size,
 854                      int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),
 855                      void *p_rng );
 856
 857 /**
 858  * \brief          Compute the greatest common divisor: G = gcd(A, B)
 859  *
 860  * \param G        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 861  * \param A        The first operand. This must point to an initialized MPI.
 862  * \param B        The second operand. This must point to an initialized MPI.
 863  *
 864  * \return         \c 0 if successful.
 865  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 866  * \return         Another negative error code on different kinds of failure.
 867  */
 868 int mbedtls_mpi_gcd( mbedtls_mpi *G, const mbedtls_mpi *A,
 869                      const mbedtls_mpi *B );
 870
 871 /**
 872  * \brief          Compute the modular inverse: X = A^-1 mod N
 873  *
 874  * \param X        The destination MPI. This must point to an initialized MPI.
 875  * \param A        The MPI to calculate the modular inverse of. This must point
 876  *                 to an initialized MPI.
 877  * \param N        The base of the modular inversion. This must point to an
 878  *                 initialized MPI.
 879  *
 880  * \return         \c 0 if successful.
 881  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 882  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_BAD_INPUT_DATA if \p N is less than
 883  *                 or equal to one.
 884  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_NOT_ACCEPTABLE if \p has no modular inverse
 885  *                 with respect to \p N.
 886  */
 887 int mbedtls_mpi_inv_mod( mbedtls_mpi *X, const mbedtls_mpi *A,
 888                          const mbedtls_mpi *N );
 889
 890 #if !defined(MBEDTLS_DEPRECATED_REMOVED)
 891 #if defined(MBEDTLS_DEPRECATED_WARNING)
 892 #define MBEDTLS_DEPRECATED      __attribute__((deprecated))
 893 #else
 894 #define MBEDTLS_DEPRECATED
 895 #endif
 896 /**
 897  * \brief          Perform a Miller-Rabin primality test with error
 898  *                 probability of 2<sup>-80</sup>.
 899  *
 900  * \deprecated     Superseded by mbedtls_mpi_is_prime_ext() which allows
 901  *                 specifying the number of Miller-Rabin rounds.
 902  *
 903  * \param X        The MPI to check for primality.
 904  *                 This must point to an initialized MPI.
 905  * \param f_rng    The RNG function to use. This must not be \c NULL.
 906  * \param p_rng    The RNG parameter to be passed to \p f_rng.
 907  *                 This may be \c NULL if \p f_rng doesn't use a
 908  *                 context parameter.
 909  *
 910  * \return         \c 0 if successful, i.e. \p X is probably prime.
 911  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 912  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_NOT_ACCEPTABLE if \p X is not prime.
 913  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 914  */
 915 MBEDTLS_DEPRECATED int mbedtls_mpi_is_prime( const mbedtls_mpi *X,
 916                           int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),
 917                           void *p_rng );
 918 #undef MBEDTLS_DEPRECATED
 919 #endif /* !MBEDTLS_DEPRECATED_REMOVED */
 920
 921 /**
 922  * \brief          Miller-Rabin primality test.
 923  *
 924  * \warning        If \p X is potentially generated by an adversary, for example
 925  *                 when validating cryptographic parameters that you didn't
 926  *                 generate yourself and that are supposed to be prime, then
 927  *                 \p rounds should be at least the half of the security
 928  *                 strength of the cryptographic algorithm. On the other hand,
 929  *                 if \p X is chosen uniformly or non-adversially (as is the
 930  *                 case when mbedtls_mpi_gen_prime calls this function), then
 931  *                 \p rounds can be much lower.
 932  *
 933  * \param X        The MPI to check for primality.
 934  *                 This must point to an initialized MPI.
 935  * \param rounds   The number of bases to perform the Miller-Rabin primality
 936  *                 test for. The probability of returning 0 on a composite is
 937  *                 at most 2<sup>-2*\p rounds</sup>.
 938  * \param f_rng    The RNG function to use. This must not be \c NULL.
 939  * \param p_rng    The RNG parameter to be passed to \p f_rng.
 940  *                 This may be \c NULL if \p f_rng doesn't use
 941  *                 a context parameter.
 942  *
 943  * \return         \c 0 if successful, i.e. \p X is probably prime.
 944  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 945  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_NOT_ACCEPTABLE if \p X is not prime.
 946  * \return         Another negative error code on other kinds of failure.
 947  */
 948 int mbedtls_mpi_is_prime_ext( const mbedtls_mpi *X, int rounds,
 949                               int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),
 950                               void *p_rng );
 951 /**
 952  * \brief Flags for mbedtls_mpi_gen_prime()
 953  *
 954  * Each of these flags is a constraint on the result X returned by
 955  * mbedtls_mpi_gen_prime().
 956  */
 957 typedef enum {
 958     MBEDTLS_MPI_GEN_PRIME_FLAG_DH =      0x0001, /**< (X-1)/2 is prime too */
 959     MBEDTLS_MPI_GEN_PRIME_FLAG_LOW_ERR = 0x0002, /**< lower error rate from 2<sup>-80</sup> to 2<sup>-128</sup> */
 960 } mbedtls_mpi_gen_prime_flag_t;
 961
 962 /**
 963  * \brief          Generate a prime number.
 964  *
 965  * \param X        The destination MPI to store the generated prime in.
 966  *                 This must point to an initialized MPi.
 967  * \param nbits    The required size of the destination MPI in bits.
 968  *                 This must be between \c 3 and #MBEDTLS_MPI_MAX_BITS.
 969  * \param flags    A mask of flags of type #mbedtls_mpi_gen_prime_flag_t.
 970  * \param f_rng    The RNG function to use. This must not be \c NULL.
 971  * \param p_rng    The RNG parameter to be passed to \p f_rng.
 972  *                 This may be \c NULL if \p f_rng doesn't use
 973  *                 a context parameter.
 974  *
 975  * \return         \c 0 if successful, in which case \p X holds a
 976  *                 probably prime number.
 977  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_ALLOC_FAILED if a memory allocation failed.
 978  * \return         #MBEDTLS_ERR_MPI_BAD_INPUT_DATA if `nbits` is not between
 979  *                 \c 3 and #MBEDTLS_MPI_MAX_BITS.
 980  */
 981 int mbedtls_mpi_gen_prime( mbedtls_mpi *X, size_t nbits, int flags,
 982                    int (*f_rng)(void *, unsigned char *, size_t),
 983                    void *p_rng );
 984
 985 #if defined(MBEDTLS_SELF_TEST)
 986
 987 /**
 988  * \brief          Checkup routine
 989  *
 990  * \return         0 if successful, or 1 if the test failed
 991  */
 992 int mbedtls_mpi_self_test( int verbose );
 993
 994 #endif /* MBEDTLS_SELF_TEST */
 995
 996 #ifdef __cplusplus
 997 }
 998 #endif
 999
1000 #endif /* bignum.h */