crypto/bn/bn_exp.c

   1 /* crypto/bn/bn_exp.c */
   2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This package is an SSL implementation written
   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   8  *
   9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
  10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
  16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  17  * the code are not to be removed.
  18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  19  * as the author of the parts of the library used.
  20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  22  *
  23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  24  * modification, are permitted provided that the following conditions
  25  * are met:
  26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  32  *    must display the following acknowledgement:
  33  *    "This product includes cryptographic software written by
  34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  36  *    being used are not cryptographic related :-).
  37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  40  *
  41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  51  * SUCH DAMAGE.
  52  *
  53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  55  * copied and put under another distribution licence
  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58 /* ====================================================================
  59  * Copyright (c) 1998-2018 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
  60  *
  61  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  62  * modification, are permitted provided that the following conditions
  63  * are met:
  64  *
  65  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  66  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  67  *
  68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  70  *    the documentation and/or other materials provided with the
  71  *    distribution.
  72  *
  73  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  74  *    software must display the following acknowledgment:
  75  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  76  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.openssl.org/)"
  77  *
  78  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  79  *    endorse or promote products derived from this software without
  80  *    prior written permission. For written permission, please contact
  81  *    openssl-core@openssl.org.
  82  *
  83  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  84  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  85  *    permission of the OpenSSL Project.
  86  *
  87  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  88  *    acknowledgment:
  89  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  90  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.openssl.org/)"
  91  *
  92  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  93  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  94  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  95  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  96  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  97  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  98  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  99  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
 100  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
 101  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
 102  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
 103  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 104  * ====================================================================
 105  *
 106  * This product includes cryptographic software written by Eric Young
 107  * (eay@cryptsoft.com).  This product includes software written by Tim
 108  * Hudson (tjh@cryptsoft.com).
 109  *
 110  */
 111
 112 #include "cryptlib.h"
 113 #include "constant_time_locl.h"
 114 #include "bn_lcl.h"
 115
 116 #include <stdlib.h>
 117 #ifdef _WIN32
 118 # include <malloc.h>
 119 # ifndef alloca
 120 #  define alloca _alloca
 121 # endif
 122 #elif defined(__GNUC__)
 123 # ifndef alloca
 124 #  define alloca(s) __builtin_alloca((s))
 125 # endif
 126 #elif defined(__sun)
 127 # include <alloca.h>
 128 #endif
 129
 130 #include "rsaz_exp.h"
 131
 132 #undef SPARC_T4_MONT
 133 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT) && (defined(__sparc__) || defined(__sparc))
 134 # include "sparc_arch.h"
 135 extern unsigned int OPENSSL_sparcv9cap_P[];
 136 # define SPARC_T4_MONT
 137 #endif
 138
 139 /* maximum precomputation table size for *variable* sliding windows */
 140 #define TABLE_SIZE      32
 141
 142 /* this one works - simple but works */
 143 int BN_exp(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p, BN_CTX *ctx)
 144 {
 145     int i, bits, ret = 0;
 146     BIGNUM *v, *rr;
 147
 148     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
 149             || BN_get_flags(a, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
 150         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
 151         BNerr(BN_F_BN_EXP, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
 152         return 0;
 153     }
 154
 155     BN_CTX_start(ctx);
 156     if ((r == a) || (r == p))
 157         rr = BN_CTX_get(ctx);
 158     else
 159         rr = r;
 160     v = BN_CTX_get(ctx);
 161     if (rr == NULL || v == NULL)
 162         goto err;
 163
 164     if (BN_copy(v, a) == NULL)
 165         goto err;
 166     bits = BN_num_bits(p);
 167
 168     if (BN_is_odd(p)) {
 169         if (BN_copy(rr, a) == NULL)
 170             goto err;
 171     } else {
 172         if (!BN_one(rr))
 173             goto err;
 174     }
 175
 176     for (i = 1; i < bits; i++) {
 177         if (!BN_sqr(v, v, ctx))
 178             goto err;
 179         if (BN_is_bit_set(p, i)) {
 180             if (!BN_mul(rr, rr, v, ctx))
 181                 goto err;
 182         }
 183     }
 184     if (r != rr && BN_copy(r, rr) == NULL)
 185         goto err;
 186
 187     ret = 1;
 188  err:
 189     BN_CTX_end(ctx);
 190     bn_check_top(r);
 191     return (ret);
 192 }
 193
 194 int BN_mod_exp(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p, const BIGNUM *m,
 195                BN_CTX *ctx)
 196 {
 197     int ret;
 198
 199     bn_check_top(a);
 200     bn_check_top(p);
 201     bn_check_top(m);
 202
 203     /*-
 204      * For even modulus  m = 2^k*m_odd,  it might make sense to compute
 205      * a^p mod m_odd  and  a^p mod 2^k  separately (with Montgomery
 206      * exponentiation for the odd part), using appropriate exponent
 207      * reductions, and combine the results using the CRT.
 208      *
 209      * For now, we use Montgomery only if the modulus is odd; otherwise,
 210      * exponentiation using the reciprocal-based quick remaindering
 211      * algorithm is used.
 212      *
 213      * (Timing obtained with expspeed.c [computations  a^p mod m
 214      * where  a, p, m  are of the same length: 256, 512, 1024, 2048,
 215      * 4096, 8192 bits], compared to the running time of the
 216      * standard algorithm:
 217      *
 218      *   BN_mod_exp_mont   33 .. 40 %  [AMD K6-2, Linux, debug configuration]
 219      *                     55 .. 77 %  [UltraSparc processor, but
 220      *                                  debug-solaris-sparcv8-gcc conf.]
 221      *
 222      *   BN_mod_exp_recp   50 .. 70 %  [AMD K6-2, Linux, debug configuration]
 223      *                     62 .. 118 % [UltraSparc, debug-solaris-sparcv8-gcc]
 224      *
 225      * On the Sparc, BN_mod_exp_recp was faster than BN_mod_exp_mont
 226      * at 2048 and more bits, but at 512 and 1024 bits, it was
 227      * slower even than the standard algorithm!
 228      *
 229      * "Real" timings [linux-elf, solaris-sparcv9-gcc configurations]
 230      * should be obtained when the new Montgomery reduction code
 231      * has been integrated into OpenSSL.)
 232      */
 233
 234 #define MONT_MUL_MOD
 235 #define MONT_EXP_WORD
 236 #define RECP_MUL_MOD
 237
 238 #ifdef MONT_MUL_MOD
 239     /*
 240      * I have finally been able to take out this pre-condition of the top bit
 241      * being set.  It was caused by an error in BN_div with negatives.  There
 242      * was also another problem when for a^b%m a >= m.  eay 07-May-97
 243      */
 244     /* if ((m->d[m->top-1]&BN_TBIT) && BN_is_odd(m)) */
 245
 246     if (BN_is_odd(m)) {
 247 # ifdef MONT_EXP_WORD
 248         if (a->top == 1 && !a->neg
 249             && (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) == 0)
 250             && (BN_get_flags(a, BN_FLG_CONSTTIME) == 0)
 251             && (BN_get_flags(m, BN_FLG_CONSTTIME) == 0)) {
 252             BN_ULONG A = a->d[0];
 253             ret = BN_mod_exp_mont_word(r, A, p, m, ctx, NULL);
 254         } else
 255 # endif
 256             ret = BN_mod_exp_mont(r, a, p, m, ctx, NULL);
 257     } else
 258 #endif
 259 #ifdef RECP_MUL_MOD
 260     {
 261         ret = BN_mod_exp_recp(r, a, p, m, ctx);
 262     }
 263 #else
 264     {
 265         ret = BN_mod_exp_simple(r, a, p, m, ctx);
 266     }
 267 #endif
 268
 269     bn_check_top(r);
 270     return (ret);
 271 }
 272
 273 int BN_mod_exp_recp(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 274                     const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx)
 275 {
 276     int i, j, bits, ret = 0, wstart, wend, window, wvalue;
 277     int start = 1;
 278     BIGNUM *aa;
 279     /* Table of variables obtained from 'ctx' */
 280     BIGNUM *val[TABLE_SIZE];
 281     BN_RECP_CTX recp;
 282
 283     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
 284             || BN_get_flags(a, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
 285             || BN_get_flags(m, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
 286         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
 287         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_RECP, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
 288         return 0;
 289     }
 290
 291     bits = BN_num_bits(p);
 292     if (bits == 0) {
 293         /* x**0 mod 1, or x**0 mod -1 is still zero. */
 294         if (BN_abs_is_word(m, 1)) {
 295             ret = 1;
 296             BN_zero(r);
 297         } else {
 298             ret = BN_one(r);
 299         }
 300         return ret;
 301     }
 302
 303     BN_CTX_start(ctx);
 304     aa = BN_CTX_get(ctx);
 305     val[0] = BN_CTX_get(ctx);
 306     if (!aa || !val[0])
 307         goto err;
 308
 309     BN_RECP_CTX_init(&recp);
 310     if (m->neg) {
 311         /* ignore sign of 'm' */
 312         if (!BN_copy(aa, m))
 313             goto err;
 314         aa->neg = 0;
 315         if (BN_RECP_CTX_set(&recp, aa, ctx) <= 0)
 316             goto err;
 317     } else {
 318         if (BN_RECP_CTX_set(&recp, m, ctx) <= 0)
 319             goto err;
 320     }
 321
 322     if (!BN_nnmod(val[0], a, m, ctx))
 323         goto err;               /* 1 */
 324     if (BN_is_zero(val[0])) {
 325         BN_zero(r);
 326         ret = 1;
 327         goto err;
 328     }
 329
 330     window = BN_window_bits_for_exponent_size(bits);
 331     if (window > 1) {
 332         if (!BN_mod_mul_reciprocal(aa, val[0], val[0], &recp, ctx))
 333             goto err;           /* 2 */
 334         j = 1 << (window - 1);
 335         for (i = 1; i < j; i++) {
 336             if (((val[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) ||
 337                 !BN_mod_mul_reciprocal(val[i], val[i - 1], aa, &recp, ctx))
 338                 goto err;
 339         }
 340     }
 341
 342     start = 1;                  /* This is used to avoid multiplication etc
 343                                  * when there is only the value '1' in the
 344                                  * buffer. */
 345     wvalue = 0;                 /* The 'value' of the window */
 346     wstart = bits - 1;          /* The top bit of the window */
 347     wend = 0;                   /* The bottom bit of the window */
 348
 349     if (!BN_one(r))
 350         goto err;
 351
 352     for (;;) {
 353         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
 354             if (!start)
 355                 if (!BN_mod_mul_reciprocal(r, r, r, &recp, ctx))
 356                     goto err;
 357             if (wstart == 0)
 358                 break;
 359             wstart--;
 360             continue;
 361         }
 362         /*
 363          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
 364          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
 365          * set bit before the end of the window
 366          */
 367         j = wstart;
 368         wvalue = 1;
 369         wend = 0;
 370         for (i = 1; i < window; i++) {
 371             if (wstart - i < 0)
 372                 break;
 373             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
 374                 wvalue <<= (i - wend);
 375                 wvalue |= 1;
 376                 wend = i;
 377             }
 378         }
 379
 380         /* wend is the size of the current window */
 381         j = wend + 1;
 382         /* add the 'bytes above' */
 383         if (!start)
 384             for (i = 0; i < j; i++) {
 385                 if (!BN_mod_mul_reciprocal(r, r, r, &recp, ctx))
 386                     goto err;
 387             }
 388
 389         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
 390         if (!BN_mod_mul_reciprocal(r, r, val[wvalue >> 1], &recp, ctx))
 391             goto err;
 392
 393         /* move the 'window' down further */
 394         wstart -= wend + 1;
 395         wvalue = 0;
 396         start = 0;
 397         if (wstart < 0)
 398             break;
 399     }
 400     ret = 1;
 401  err:
 402     BN_CTX_end(ctx);
 403     BN_RECP_CTX_free(&recp);
 404     bn_check_top(r);
 405     return (ret);
 406 }
 407
 408 int BN_mod_exp_mont(BIGNUM *rr, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 409                     const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx, BN_MONT_CTX *in_mont)
 410 {
 411     int i, j, bits, ret = 0, wstart, wend, window, wvalue;
 412     int start = 1;
 413     BIGNUM *d, *r;
 414     const BIGNUM *aa;
 415     /* Table of variables obtained from 'ctx' */
 416     BIGNUM *val[TABLE_SIZE];
 417     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 418
 419     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
 420             || BN_get_flags(a, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
 421             || BN_get_flags(m, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
 422         return BN_mod_exp_mont_consttime(rr, a, p, m, ctx, in_mont);
 423     }
 424
 425     bn_check_top(a);
 426     bn_check_top(p);
 427     bn_check_top(m);
 428
 429     if (!BN_is_odd(m)) {
 430         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
 431         return (0);
 432     }
 433     bits = BN_num_bits(p);
 434     if (bits == 0) {
 435         /* x**0 mod 1, or x**0 mod -1 is still zero. */
 436         if (BN_abs_is_word(m, 1)) {
 437             ret = 1;
 438             BN_zero(rr);
 439         } else {
 440             ret = BN_one(rr);
 441         }
 442         return ret;
 443     }
 444
 445     BN_CTX_start(ctx);
 446     d = BN_CTX_get(ctx);
 447     r = BN_CTX_get(ctx);
 448     val[0] = BN_CTX_get(ctx);
 449     if (!d || !r || !val[0])
 450         goto err;
 451
 452     /*
 453      * If this is not done, things will break in the montgomery part
 454      */
 455
 456     if (in_mont != NULL)
 457         mont = in_mont;
 458     else {
 459         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
 460             goto err;
 461         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
 462             goto err;
 463     }
 464
 465     if (a->neg || BN_ucmp(a, m) >= 0) {
 466         if (!BN_nnmod(val[0], a, m, ctx))
 467             goto err;
 468         aa = val[0];
 469     } else
 470         aa = a;
 471     if (BN_is_zero(aa)) {
 472         BN_zero(rr);
 473         ret = 1;
 474         goto err;
 475     }
 476     if (!bn_to_mont_fixed_top(val[0], aa, mont, ctx))
 477         goto err;               /* 1 */
 478
 479     window = BN_window_bits_for_exponent_size(bits);
 480     if (window > 1) {
 481         if (!bn_mul_mont_fixed_top(d, val[0], val[0], mont, ctx))
 482             goto err;           /* 2 */
 483         j = 1 << (window - 1);
 484         for (i = 1; i < j; i++) {
 485             if (((val[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) ||
 486                 !bn_mul_mont_fixed_top(val[i], val[i - 1], d, mont, ctx))
 487                 goto err;
 488         }
 489     }
 490
 491     start = 1;                  /* This is used to avoid multiplication etc
 492                                  * when there is only the value '1' in the
 493                                  * buffer. */
 494     wvalue = 0;                 /* The 'value' of the window */
 495     wstart = bits - 1;          /* The top bit of the window */
 496     wend = 0;                   /* The bottom bit of the window */
 497
 498 #if 1                           /* by Shay Gueron's suggestion */
 499     j = m->top;                 /* borrow j */
 500     if (m->d[j - 1] & (((BN_ULONG)1) << (BN_BITS2 - 1))) {
 501         if (bn_wexpand(r, j) == NULL)
 502             goto err;
 503         /* 2^(top*BN_BITS2) - m */
 504         r->d[0] = (0 - m->d[0]) & BN_MASK2;
 505         for (i = 1; i < j; i++)
 506             r->d[i] = (~m->d[i]) & BN_MASK2;
 507         r->top = j;
 508         r->flags |= BN_FLG_FIXED_TOP;
 509     } else
 510 #endif
 511     if (!bn_to_mont_fixed_top(r, BN_value_one(), mont, ctx))
 512         goto err;
 513     for (;;) {
 514         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
 515             if (!start) {
 516                 if (!bn_mul_mont_fixed_top(r, r, r, mont, ctx))
 517                     goto err;
 518             }
 519             if (wstart == 0)
 520                 break;
 521             wstart--;
 522             continue;
 523         }
 524         /*
 525          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
 526          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
 527          * set bit before the end of the window
 528          */
 529         j = wstart;
 530         wvalue = 1;
 531         wend = 0;
 532         for (i = 1; i < window; i++) {
 533             if (wstart - i < 0)
 534                 break;
 535             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
 536                 wvalue <<= (i - wend);
 537                 wvalue |= 1;
 538                 wend = i;
 539             }
 540         }
 541
 542         /* wend is the size of the current window */
 543         j = wend + 1;
 544         /* add the 'bytes above' */
 545         if (!start)
 546             for (i = 0; i < j; i++) {
 547                 if (!bn_mul_mont_fixed_top(r, r, r, mont, ctx))
 548                     goto err;
 549             }
 550
 551         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
 552         if (!bn_mul_mont_fixed_top(r, r, val[wvalue >> 1], mont, ctx))
 553             goto err;
 554
 555         /* move the 'window' down further */
 556         wstart -= wend + 1;
 557         wvalue = 0;
 558         start = 0;
 559         if (wstart < 0)
 560             break;
 561     }
 562     /*
 563      * Done with zero-padded intermediate BIGNUMs. Final BN_from_montgomery
 564      * removes padding [if any] and makes return value suitable for public
 565      * API consumer.
 566      */
 567 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 568     if (OPENSSL_sparcv9cap_P[0] & (SPARCV9_VIS3 | SPARCV9_PREFER_FPU)) {
 569         j = mont->N.top;        /* borrow j */
 570         val[0]->d[0] = 1;       /* borrow val[0] */
 571         for (i = 1; i < j; i++)
 572             val[0]->d[i] = 0;
 573         val[0]->top = j;
 574         if (!BN_mod_mul_montgomery(rr, r, val[0], mont, ctx))
 575             goto err;
 576     } else
 577 #endif
 578     if (!BN_from_montgomery(rr, r, mont, ctx))
 579         goto err;
 580     ret = 1;
 581  err:
 582     if ((in_mont == NULL) && (mont != NULL))
 583         BN_MONT_CTX_free(mont);
 584     BN_CTX_end(ctx);
 585     bn_check_top(rr);
 586     return (ret);
 587 }
 588
 589 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 590 static BN_ULONG bn_get_bits(const BIGNUM *a, int bitpos)
 591 {
 592     BN_ULONG ret = 0;
 593     int wordpos;
 594
 595     wordpos = bitpos / BN_BITS2;
 596     bitpos %= BN_BITS2;
 597     if (wordpos >= 0 && wordpos < a->top) {
 598         ret = a->d[wordpos] & BN_MASK2;
 599         if (bitpos) {
 600             ret >>= bitpos;
 601             if (++wordpos < a->top)
 602                 ret |= a->d[wordpos] << (BN_BITS2 - bitpos);
 603         }
 604     }
 605
 606     return ret & BN_MASK2;
 607 }
 608 #endif
 609
 610 /*
 611  * BN_mod_exp_mont_consttime() stores the precomputed powers in a specific
 612  * layout so that accessing any of these table values shows the same access
 613  * pattern as far as cache lines are concerned.  The following functions are
 614  * used to transfer a BIGNUM from/to that table.
 615  */
 616
 617 static int MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(const BIGNUM *b, int top,
 618                                         unsigned char *buf, int idx,
 619                                         int window)
 620 {
 621     int i, j;
 622     int width = 1 << window;
 623     BN_ULONG *table = (BN_ULONG *)buf;
 624
 625     if (top > b->top)
 626         top = b->top;           /* this works because 'buf' is explicitly
 627                                  * zeroed */
 628     for (i = 0, j = idx; i < top; i++, j += width) {
 629         table[j] = b->d[i];
 630     }
 631
 632     return 1;
 633 }
 634
 635 static int MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF(BIGNUM *b, int top,
 636                                           unsigned char *buf, int idx,
 637                                           int window)
 638 {
 639     int i, j;
 640     int width = 1 << window;
 641     volatile BN_ULONG *table = (volatile BN_ULONG *)buf;
 642
 643     if (bn_wexpand(b, top) == NULL)
 644         return 0;
 645
 646     if (window <= 3) {
 647         for (i = 0; i < top; i++, table += width) {
 648             BN_ULONG acc = 0;
 649
 650             for (j = 0; j < width; j++) {
 651                 acc |= table[j] &
 652                        ((BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(j,idx)&1));
 653             }
 654
 655             b->d[i] = acc;
 656         }
 657     } else {
 658         int xstride = 1 << (window - 2);
 659         BN_ULONG y0, y1, y2, y3;
 660
 661         i = idx >> (window - 2);        /* equivalent of idx / xstride */
 662         idx &= xstride - 1;             /* equivalent of idx % xstride */
 663
 664         y0 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,0)&1);
 665         y1 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,1)&1);
 666         y2 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,2)&1);
 667         y3 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,3)&1);
 668
 669         for (i = 0; i < top; i++, table += width) {
 670             BN_ULONG acc = 0;
 671
 672             for (j = 0; j < xstride; j++) {
 673                 acc |= ( (table[j + 0 * xstride] & y0) |
 674                          (table[j + 1 * xstride] & y1) |
 675                          (table[j + 2 * xstride] & y2) |
 676                          (table[j + 3 * xstride] & y3) )
 677                        & ((BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(j,idx)&1));
 678             }
 679
 680             b->d[i] = acc;
 681         }
 682     }
 683
 684     b->top = top;
 685     b->flags |= BN_FLG_FIXED_TOP;
 686     return 1;
 687 }
 688
 689 /*
 690  * Given a pointer value, compute the next address that is a cache line
 691  * multiple.
 692  */
 693 #define MOD_EXP_CTIME_ALIGN(x_) \
 694         ((unsigned char*)(x_) + (MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH - (((size_t)(x_)) & (MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_MASK))))
 695
 696 /*
 697  * This variant of BN_mod_exp_mont() uses fixed windows and the special
 698  * precomputation memory layout to limit data-dependency to a minimum to
 699  * protect secret exponents (cf. the hyper-threading timing attacks pointed
 700  * out by Colin Percival,
 701  * http://www.daemonology.net/hyperthreading-considered-harmful/)
 702  */
 703 int BN_mod_exp_mont_consttime(BIGNUM *rr, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 704                               const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,
 705                               BN_MONT_CTX *in_mont)
 706 {
 707     int i, bits, ret = 0, window, wvalue;
 708     int top;
 709     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 710
 711     int numPowers;
 712     unsigned char *powerbufFree = NULL;
 713     int powerbufLen = 0;
 714     unsigned char *powerbuf = NULL;
 715     BIGNUM tmp, am;
 716 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 717     unsigned int t4 = 0;
 718 #endif
 719
 720     bn_check_top(a);
 721     bn_check_top(p);
 722     bn_check_top(m);
 723
 724     if (!BN_is_odd(m)) {
 725         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_CONSTTIME, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
 726         return (0);
 727     }
 728
 729     top = m->top;
 730
 731     /*
 732      * Use all bits stored in |p|, rather than |BN_num_bits|, so we do not leak
 733      * whether the top bits are zero.
 734      */
 735     bits = p->top * BN_BITS2;
 736     if (bits == 0) {
 737         /* x**0 mod 1, or x**0 mod -1 is still zero. */
 738         if (BN_abs_is_word(m, 1)) {
 739             ret = 1;
 740             BN_zero(rr);
 741         } else {
 742             ret = BN_one(rr);
 743         }
 744         return ret;
 745     }
 746
 747     BN_CTX_start(ctx);
 748
 749     /*
 750      * Allocate a montgomery context if it was not supplied by the caller. If
 751      * this is not done, things will break in the montgomery part.
 752      */
 753     if (in_mont != NULL)
 754         mont = in_mont;
 755     else {
 756         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
 757             goto err;
 758         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
 759             goto err;
 760     }
 761
 762 #ifdef RSAZ_ENABLED
 763     /*
 764      * If the size of the operands allow it, perform the optimized
 765      * RSAZ exponentiation. For further information see
 766      * crypto/bn/rsaz_exp.c and accompanying assembly modules.
 767      */
 768     if ((16 == a->top) && (16 == p->top) && (BN_num_bits(m) == 1024)
 769         && rsaz_avx2_eligible()) {
 770         if (NULL == bn_wexpand(rr, 16))
 771             goto err;
 772         RSAZ_1024_mod_exp_avx2(rr->d, a->d, p->d, m->d, mont->RR.d,
 773                                mont->n0[0]);
 774         rr->top = 16;
 775         rr->neg = 0;
 776         bn_correct_top(rr);
 777         ret = 1;
 778         goto err;
 779     } else if ((8 == a->top) && (8 == p->top) && (BN_num_bits(m) == 512)) {
 780         if (NULL == bn_wexpand(rr, 8))
 781             goto err;
 782         RSAZ_512_mod_exp(rr->d, a->d, p->d, m->d, mont->n0[0], mont->RR.d);
 783         rr->top = 8;
 784         rr->neg = 0;
 785         bn_correct_top(rr);
 786         ret = 1;
 787         goto err;
 788     }
 789 #endif
 790
 791     /* Get the window size to use with size of p. */
 792     window = BN_window_bits_for_ctime_exponent_size(bits);
 793 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 794     if (window >= 5 && (top & 15) == 0 && top <= 64 &&
 795         (OPENSSL_sparcv9cap_P[1] & (CFR_MONTMUL | CFR_MONTSQR)) ==
 796         (CFR_MONTMUL | CFR_MONTSQR) && (t4 = OPENSSL_sparcv9cap_P[0]))
 797         window = 5;
 798     else
 799 #endif
 800 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT5)
 801     if (window >= 5) {
 802         window = 5;             /* ~5% improvement for RSA2048 sign, and even
 803                                  * for RSA4096 */
 804         /* reserve space for mont->N.d[] copy */
 805         powerbufLen += top * sizeof(mont->N.d[0]);
 806     }
 807 #endif
 808     (void)0;
 809
 810     /*
 811      * Allocate a buffer large enough to hold all of the pre-computed powers
 812      * of am, am itself and tmp.
 813      */
 814     numPowers = 1 << window;
 815     powerbufLen += sizeof(m->d[0]) * (top * numPowers +
 816                                       ((2 * top) >
 817                                        numPowers ? (2 * top) : numPowers));
 818 #ifdef alloca
 819     if (powerbufLen < 3072)
 820         powerbufFree =
 821             alloca(powerbufLen + MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH);
 822     else
 823 #endif
 824         if ((powerbufFree =
 825              (unsigned char *)OPENSSL_malloc(powerbufLen +
 826                                              MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH))
 827             == NULL)
 828         goto err;
 829
 830     powerbuf = MOD_EXP_CTIME_ALIGN(powerbufFree);
 831     memset(powerbuf, 0, powerbufLen);
 832
 833 #ifdef alloca
 834     if (powerbufLen < 3072)
 835         powerbufFree = NULL;
 836 #endif
 837
 838     /* lay down tmp and am right after powers table */
 839     tmp.d = (BN_ULONG *)(powerbuf + sizeof(m->d[0]) * top * numPowers);
 840     am.d = tmp.d + top;
 841     tmp.top = am.top = 0;
 842     tmp.dmax = am.dmax = top;
 843     tmp.neg = am.neg = 0;
 844     tmp.flags = am.flags = BN_FLG_STATIC_DATA;
 845
 846     /* prepare a^0 in Montgomery domain */
 847 #if 1                           /* by Shay Gueron's suggestion */
 848     if (m->d[top - 1] & (((BN_ULONG)1) << (BN_BITS2 - 1))) {
 849         /* 2^(top*BN_BITS2) - m */
 850         tmp.d[0] = (0 - m->d[0]) & BN_MASK2;
 851         for (i = 1; i < top; i++)
 852             tmp.d[i] = (~m->d[i]) & BN_MASK2;
 853         tmp.top = top;
 854     } else
 855 #endif
 856     if (!bn_to_mont_fixed_top(&tmp, BN_value_one(), mont, ctx))
 857         goto err;
 858
 859     /* prepare a^1 in Montgomery domain */
 860     if (a->neg || BN_ucmp(a, m) >= 0) {
 861         if (!BN_mod(&am, a, m, ctx))
 862             goto err;
 863         if (!bn_to_mont_fixed_top(&am, &am, mont, ctx))
 864             goto err;
 865     } else if (!bn_to_mont_fixed_top(&am, a, mont, ctx))
 866         goto err;
 867
 868 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 869     if (t4) {
 870         typedef int (*bn_pwr5_mont_f) (BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 871                                        const BN_ULONG *n0, const void *table,
 872                                        int power, int bits);
 873         int bn_pwr5_mont_t4_8(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 874                               const BN_ULONG *n0, const void *table,
 875                               int power, int bits);
 876         int bn_pwr5_mont_t4_16(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 877                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 878                                int power, int bits);
 879         int bn_pwr5_mont_t4_24(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 880                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 881                                int power, int bits);
 882         int bn_pwr5_mont_t4_32(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 883                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 884                                int power, int bits);
 885         static const bn_pwr5_mont_f pwr5_funcs[4] = {
 886             bn_pwr5_mont_t4_8, bn_pwr5_mont_t4_16,
 887             bn_pwr5_mont_t4_24, bn_pwr5_mont_t4_32
 888         };
 889         bn_pwr5_mont_f pwr5_worker = pwr5_funcs[top / 16 - 1];
 890
 891         typedef int (*bn_mul_mont_f) (BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 892                                       const void *bp, const BN_ULONG *np,
 893                                       const BN_ULONG *n0);
 894         int bn_mul_mont_t4_8(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const void *bp,
 895                              const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0);
 896         int bn_mul_mont_t4_16(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 897                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 898                               const BN_ULONG *n0);
 899         int bn_mul_mont_t4_24(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 900                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 901                               const BN_ULONG *n0);
 902         int bn_mul_mont_t4_32(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 903                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 904                               const BN_ULONG *n0);
 905         static const bn_mul_mont_f mul_funcs[4] = {
 906             bn_mul_mont_t4_8, bn_mul_mont_t4_16,
 907             bn_mul_mont_t4_24, bn_mul_mont_t4_32
 908         };
 909         bn_mul_mont_f mul_worker = mul_funcs[top / 16 - 1];
 910
 911         void bn_mul_mont_vis3(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 912                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 913                               const BN_ULONG *n0, int num);
 914         void bn_mul_mont_t4(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 915                             const void *bp, const BN_ULONG *np,
 916                             const BN_ULONG *n0, int num);
 917         void bn_mul_mont_gather5_t4(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 918                                     const void *table, const BN_ULONG *np,
 919                                     const BN_ULONG *n0, int num, int power);
 920         void bn_flip_n_scatter5_t4(const BN_ULONG *inp, size_t num,
 921                                    void *table, size_t power);
 922         void bn_gather5_t4(BN_ULONG *out, size_t num,
 923                            void *table, size_t power);
 924         void bn_flip_t4(BN_ULONG *dst, BN_ULONG *src, size_t num);
 925
 926         BN_ULONG *np = mont->N.d, *n0 = mont->n0;
 927         int stride = 5 * (6 - (top / 16 - 1)); /* multiple of 5, but less
 928                                                 * than 32 */
 929
 930         /*
 931          * BN_to_montgomery can contaminate words above .top [in
 932          * BN_DEBUG[_DEBUG] build]...
 933          */
 934         for (i = am.top; i < top; i++)
 935             am.d[i] = 0;
 936         for (i = tmp.top; i < top; i++)
 937             tmp.d[i] = 0;
 938
 939         bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, 0);
 940         bn_flip_n_scatter5_t4(am.d, top, powerbuf, 1);
 941         if (!(*mul_worker) (tmp.d, am.d, am.d, np, n0) &&
 942             !(*mul_worker) (tmp.d, am.d, am.d, np, n0))
 943             bn_mul_mont_vis3(tmp.d, am.d, am.d, np, n0, top);
 944         bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, 2);
 945
 946         for (i = 3; i < 32; i++) {
 947             /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
 948             if (!(*mul_worker) (tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0) &&
 949                 !(*mul_worker) (tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0))
 950                 bn_mul_mont_vis3(tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0, top);
 951             bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, i);
 952         }
 953
 954         /* switch to 64-bit domain */
 955         np = alloca(top * sizeof(BN_ULONG));
 956         top /= 2;
 957         bn_flip_t4(np, mont->N.d, top);
 958
 959         bits--;
 960         for (wvalue = 0, i = bits % 5; i >= 0; i--, bits--)
 961             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
 962         bn_gather5_t4(tmp.d, top, powerbuf, wvalue);
 963
 964         /*
 965          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
 966          * significant bits.
 967          */
 968         while (bits >= 0) {
 969             if (bits < stride)
 970                 stride = bits + 1;
 971             bits -= stride;
 972             wvalue = bn_get_bits(p, bits + 1);
 973
 974             if ((*pwr5_worker) (tmp.d, np, n0, powerbuf, wvalue, stride))
 975                 continue;
 976             /* retry once and fall back */
 977             if ((*pwr5_worker) (tmp.d, np, n0, powerbuf, wvalue, stride))
 978                 continue;
 979
 980             bits += stride - 5;
 981             wvalue >>= stride - 5;
 982             wvalue &= 31;
 983             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 984             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 985             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 986             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 987             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 988             bn_mul_mont_gather5_t4(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top,
 989                                    wvalue);
 990         }
 991
 992         bn_flip_t4(tmp.d, tmp.d, top);
 993         top *= 2;
 994         /* back to 32-bit domain */
 995         tmp.top = top;
 996         bn_correct_top(&tmp);
 997         OPENSSL_cleanse(np, top * sizeof(BN_ULONG));
 998     } else
 999 #endif
1000 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT5)
1001     if (window == 5 && top > 1) {
1002         /*
1003          * This optimization uses ideas from http://eprint.iacr.org/2011/239,
1004          * specifically optimization of cache-timing attack countermeasures
1005          * and pre-computation optimization.
1006          */
1007
1008         /*
1009          * Dedicated window==4 case improves 512-bit RSA sign by ~15%, but as
1010          * 512-bit RSA is hardly relevant, we omit it to spare size...
1011          */
1012         void bn_mul_mont_gather5(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
1013                                  const void *table, const BN_ULONG *np,
1014                                  const BN_ULONG *n0, int num, int power);
1015         void bn_scatter5(const BN_ULONG *inp, size_t num,
1016                          void *table, size_t power);
1017         void bn_gather5(BN_ULONG *out, size_t num, void *table, size_t power);
1018         void bn_power5(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
1019                        const void *table, const BN_ULONG *np,
1020                        const BN_ULONG *n0, int num, int power);
1021         int bn_get_bits5(const BN_ULONG *ap, int off);
1022         int bn_from_montgomery(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
1023                                const BN_ULONG *not_used, const BN_ULONG *np,
1024                                const BN_ULONG *n0, int num);
1025
1026         BN_ULONG *n0 = mont->n0, *np;
1027
1028         /*
1029          * BN_to_montgomery can contaminate words above .top [in
1030          * BN_DEBUG[_DEBUG] build]...
1031          */
1032         for (i = am.top; i < top; i++)
1033             am.d[i] = 0;
1034         for (i = tmp.top; i < top; i++)
1035             tmp.d[i] = 0;
1036
1037         /*
1038          * copy mont->N.d[] to improve cache locality
1039          */
1040         for (np = am.d + top, i = 0; i < top; i++)
1041             np[i] = mont->N.d[i];
1042
1043         bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 0);
1044         bn_scatter5(am.d, am.top, powerbuf, 1);
1045         bn_mul_mont(tmp.d, am.d, am.d, np, n0, top);
1046         bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 2);
1047
1048 # if 0
1049         for (i = 3; i < 32; i++) {
1050             /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
1051             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1052             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1053         }
1054 # else
1055         /* same as above, but uses squaring for 1/2 of operations */
1056         for (i = 4; i < 32; i *= 2) {
1057             bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1058             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1059         }
1060         for (i = 3; i < 8; i += 2) {
1061             int j;
1062             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1063             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1064             for (j = 2 * i; j < 32; j *= 2) {
1065                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1066                 bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, j);
1067             }
1068         }
1069         for (; i < 16; i += 2) {
1070             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1071             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1072             bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1073             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 2 * i);
1074         }
1075         for (; i < 32; i += 2) {
1076             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1077             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1078         }
1079 # endif
1080         bits--;
1081         for (wvalue = 0, i = bits % 5; i >= 0; i--, bits--)
1082             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1083         bn_gather5(tmp.d, top, powerbuf, wvalue);
1084
1085         /*
1086          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
1087          * significant bits.
1088          */
1089         if (top & 7)
1090             while (bits >= 0) {
1091                 for (wvalue = 0, i = 0; i < 5; i++, bits--)
1092                     wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1093
1094                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1095                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1096                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1097                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1098                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1099                 bn_mul_mont_gather5(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top,
1100                                     wvalue);
1101         } else {
1102             while (bits >= 0) {
1103                 wvalue = bn_get_bits5(p->d, bits - 4);
1104                 bits -= 5;
1105                 bn_power5(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top, wvalue);
1106             }
1107         }
1108
1109         ret = bn_from_montgomery(tmp.d, tmp.d, NULL, np, n0, top);
1110         tmp.top = top;
1111         bn_correct_top(&tmp);
1112         if (ret) {
1113             if (!BN_copy(rr, &tmp))
1114                 ret = 0;
1115             goto err;           /* non-zero ret means it's not error */
1116         }
1117     } else
1118 #endif
1119     {
1120         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, 0, window))
1121             goto err;
1122         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&am, top, powerbuf, 1, window))
1123             goto err;
1124
1125         /*
1126          * If the window size is greater than 1, then calculate
1127          * val[i=2..2^winsize-1]. Powers are computed as a*a^(i-1) (even
1128          * powers could instead be computed as (a^(i/2))^2 to use the slight
1129          * performance advantage of sqr over mul).
1130          */
1131         if (window > 1) {
1132             if (!bn_mul_mont_fixed_top(&tmp, &am, &am, mont, ctx))
1133                 goto err;
1134             if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, 2,
1135                                               window))
1136                 goto err;
1137             for (i = 3; i < numPowers; i++) {
1138                 /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
1139                 if (!bn_mul_mont_fixed_top(&tmp, &am, &tmp, mont, ctx))
1140                     goto err;
1141                 if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, i,
1142                                                   window))
1143                     goto err;
1144             }
1145         }
1146
1147         bits--;
1148         for (wvalue = 0, i = bits % window; i >= 0; i--, bits--)
1149             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1150         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, wvalue,
1151                                             window))
1152             goto err;
1153
1154         /*
1155          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
1156          * significant bits.
1157          */
1158         while (bits >= 0) {
1159             wvalue = 0;         /* The 'value' of the window */
1160
1161             /* Scan the window, squaring the result as we go */
1162             for (i = 0; i < window; i++, bits--) {
1163                 if (!bn_mul_mont_fixed_top(&tmp, &tmp, &tmp, mont, ctx))
1164                     goto err;
1165                 wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1166             }
1167
1168             /*
1169              * Fetch the appropriate pre-computed value from the pre-buf
1170              */
1171             if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF(&am, top, powerbuf, wvalue,
1172                                                 window))
1173                 goto err;
1174
1175             /* Multiply the result into the intermediate result */
1176             if (!bn_mul_mont_fixed_top(&tmp, &tmp, &am, mont, ctx))
1177                 goto err;
1178         }
1179     }
1180
1181     /*
1182      * Done with zero-padded intermediate BIGNUMs. Final BN_from_montgomery
1183      * removes padding [if any] and makes return value suitable for public
1184      * API consumer.
1185      */
1186 #if defined(SPARC_T4_MONT)
1187     if (OPENSSL_sparcv9cap_P[0] & (SPARCV9_VIS3 | SPARCV9_PREFER_FPU)) {
1188         am.d[0] = 1;            /* borrow am */
1189         for (i = 1; i < top; i++)
1190             am.d[i] = 0;
1191         if (!BN_mod_mul_montgomery(rr, &tmp, &am, mont, ctx))
1192             goto err;
1193     } else
1194 #endif
1195     if (!BN_from_montgomery(rr, &tmp, mont, ctx))
1196         goto err;
1197     ret = 1;
1198  err:
1199     if ((in_mont == NULL) && (mont != NULL))
1200         BN_MONT_CTX_free(mont);
1201     if (powerbuf != NULL) {
1202         OPENSSL_cleanse(powerbuf, powerbufLen);
1203         if (powerbufFree)
1204             OPENSSL_free(powerbufFree);
1205     }
1206     BN_CTX_end(ctx);
1207     return (ret);
1208 }
1209
1210 int BN_mod_exp_mont_word(BIGNUM *rr, BN_ULONG a, const BIGNUM *p,
1211                          const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx, BN_MONT_CTX *in_mont)
1212 {
1213     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
1214     int b, bits, ret = 0;
1215     int r_is_one;
1216     BN_ULONG w, next_w;
1217     BIGNUM *d, *r, *t;
1218     BIGNUM *swap_tmp;
1219 #define BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m) \
1220                 (BN_mul_word(r, (w)) && \
1221                 (/* BN_ucmp(r, (m)) < 0 ? 1 :*/  \
1222                         (BN_mod(t, r, m, ctx) && (swap_tmp = r, r = t, t = swap_tmp, 1))))
1223     /*
1224      * BN_MOD_MUL_WORD is only used with 'w' large, so the BN_ucmp test is
1225      * probably more overhead than always using BN_mod (which uses BN_copy if
1226      * a similar test returns true).
1227      */
1228     /*
1229      * We can use BN_mod and do not need BN_nnmod because our accumulator is
1230      * never negative (the result of BN_mod does not depend on the sign of
1231      * the modulus).
1232      */
1233 #define BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont) \
1234                 (BN_set_word(r, (w)) && BN_to_montgomery(r, r, (mont), ctx))
1235
1236     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
1237             || BN_get_flags(m, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
1238         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
1239         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_WORD, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
1240         return 0;
1241     }
1242
1243     bn_check_top(p);
1244     bn_check_top(m);
1245
1246     if (!BN_is_odd(m)) {
1247         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_WORD, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
1248         return (0);
1249     }
1250     if (m->top == 1)
1251         a %= m->d[0];           /* make sure that 'a' is reduced */
1252
1253     bits = BN_num_bits(p);
1254     if (bits == 0) {
1255         /* x**0 mod 1, or x**0 mod -1 is still zero. */
1256         if (BN_abs_is_word(m, 1)) {
1257             ret = 1;
1258             BN_zero(rr);
1259         } else {
1260             ret = BN_one(rr);
1261         }
1262         return ret;
1263     }
1264     if (a == 0) {
1265         BN_zero(rr);
1266         ret = 1;
1267         return ret;
1268     }
1269
1270     BN_CTX_start(ctx);
1271     d = BN_CTX_get(ctx);
1272     r = BN_CTX_get(ctx);
1273     t = BN_CTX_get(ctx);
1274     if (d == NULL || r == NULL || t == NULL)
1275         goto err;
1276
1277     if (in_mont != NULL)
1278         mont = in_mont;
1279     else {
1280         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
1281             goto err;
1282         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
1283             goto err;
1284     }
1285
1286     r_is_one = 1;               /* except for Montgomery factor */
1287
1288     /* bits-1 >= 0 */
1289
1290     /* The result is accumulated in the product r*w. */
1291     w = a;                      /* bit 'bits-1' of 'p' is always set */
1292     for (b = bits - 2; b >= 0; b--) {
1293         /* First, square r*w. */
1294         next_w = w * w;
1295         if ((next_w / w) != w) { /* overflow */
1296             if (r_is_one) {
1297                 if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1298                     goto err;
1299                 r_is_one = 0;
1300             } else {
1301                 if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1302                     goto err;
1303             }
1304             next_w = 1;
1305         }
1306         w = next_w;
1307         if (!r_is_one) {
1308             if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, r, mont, ctx))
1309                 goto err;
1310         }
1311
1312         /* Second, multiply r*w by 'a' if exponent bit is set. */
1313         if (BN_is_bit_set(p, b)) {
1314             next_w = w * a;
1315             if ((next_w / a) != w) { /* overflow */
1316                 if (r_is_one) {
1317                     if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1318                         goto err;
1319                     r_is_one = 0;
1320                 } else {
1321                     if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1322                         goto err;
1323                 }
1324                 next_w = a;
1325             }
1326             w = next_w;
1327         }
1328     }
1329
1330     /* Finally, set r:=r*w. */
1331     if (w != 1) {
1332         if (r_is_one) {
1333             if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1334                 goto err;
1335             r_is_one = 0;
1336         } else {
1337             if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1338                 goto err;
1339         }
1340     }
1341
1342     if (r_is_one) {             /* can happen only if a == 1 */
1343         if (!BN_one(rr))
1344             goto err;
1345     } else {
1346         if (!BN_from_montgomery(rr, r, mont, ctx))
1347             goto err;
1348     }
1349     ret = 1;
1350  err:
1351     if ((in_mont == NULL) && (mont != NULL))
1352         BN_MONT_CTX_free(mont);
1353     BN_CTX_end(ctx);
1354     bn_check_top(rr);
1355     return (ret);
1356 }
1357
1358 /* The old fallback, simple version :-) */
1359 int BN_mod_exp_simple(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
1360                       const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx)
1361 {
1362     int i, j, bits, ret = 0, wstart, wend, window, wvalue;
1363     int start = 1;
1364     BIGNUM *d;
1365     /* Table of variables obtained from 'ctx' */
1366     BIGNUM *val[TABLE_SIZE];
1367
1368     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
1369             || BN_get_flags(a, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
1370             || BN_get_flags(m, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
1371         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
1372         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_SIMPLE, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
1373         return 0;
1374     }
1375
1376     bits = BN_num_bits(p);
1377     if (bits == 0) {
1378         /* x**0 mod 1, or x**0 mod -1 is still zero. */
1379         if (BN_abs_is_word(m, 1)) {
1380             ret = 1;
1381             BN_zero(r);
1382         } else {
1383             ret = BN_one(r);
1384         }
1385         return ret;
1386     }
1387
1388     BN_CTX_start(ctx);
1389     d = BN_CTX_get(ctx);
1390     val[0] = BN_CTX_get(ctx);
1391     if (!d || !val[0])
1392         goto err;
1393
1394     if (!BN_nnmod(val[0], a, m, ctx))
1395         goto err;               /* 1 */
1396     if (BN_is_zero(val[0])) {
1397         BN_zero(r);
1398         ret = 1;
1399         goto err;
1400     }
1401
1402     window = BN_window_bits_for_exponent_size(bits);
1403     if (window > 1) {
1404         if (!BN_mod_mul(d, val[0], val[0], m, ctx))
1405             goto err;           /* 2 */
1406         j = 1 << (window - 1);
1407         for (i = 1; i < j; i++) {
1408             if (((val[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) ||
1409                 !BN_mod_mul(val[i], val[i - 1], d, m, ctx))
1410                 goto err;
1411         }
1412     }
1413
1414     start = 1;                  /* This is used to avoid multiplication etc
1415                                  * when there is only the value '1' in the
1416                                  * buffer. */
1417     wvalue = 0;                 /* The 'value' of the window */
1418     wstart = bits - 1;          /* The top bit of the window */
1419     wend = 0;                   /* The bottom bit of the window */
1420
1421     if (!BN_one(r))
1422         goto err;
1423
1424     for (;;) {
1425         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
1426             if (!start)
1427                 if (!BN_mod_mul(r, r, r, m, ctx))
1428                     goto err;
1429             if (wstart == 0)
1430                 break;
1431             wstart--;
1432             continue;
1433         }
1434         /*
1435          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
1436          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
1437          * set bit before the end of the window
1438          */
1439         j = wstart;
1440         wvalue = 1;
1441         wend = 0;
1442         for (i = 1; i < window; i++) {
1443             if (wstart - i < 0)
1444                 break;
1445             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
1446                 wvalue <<= (i - wend);
1447                 wvalue |= 1;
1448                 wend = i;
1449             }
1450         }
1451
1452         /* wend is the size of the current window */
1453         j = wend + 1;
1454         /* add the 'bytes above' */
1455         if (!start)
1456             for (i = 0; i < j; i++) {
1457                 if (!BN_mod_mul(r, r, r, m, ctx))
1458                     goto err;
1459             }
1460
1461         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
1462         if (!BN_mod_mul(r, r, val[wvalue >> 1], m, ctx))
1463             goto err;
1464
1465         /* move the 'window' down further */
1466         wstart -= wend + 1;
1467         wvalue = 0;
1468         start = 0;
1469         if (wstart < 0)
1470             break;
1471     }
1472     ret = 1;
1473  err:
1474     BN_CTX_end(ctx);
1475     bn_check_top(r);
1476     return (ret);
1477 }