crypto/openssl/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) 1998-2005 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 -1;
 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 -1;
 289     }
 290
 291     bits = BN_num_bits(p);
 292     if (bits == 0) {
 293         /* x**0 mod 1 is still zero. */
 294         if (BN_is_one(m)) {
 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 is still zero. */
 436         if (BN_is_one(m)) {
 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_montgomery(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_mod_mul_montgomery(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_mod_mul_montgomery(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         /*
 509          * Upper words will be zero if the corresponding words of 'm' were
 510          * 0xfff[...], so decrement r->top accordingly.
 511          */
 512         bn_correct_top(r);
 513     } else
 514 #endif
 515     if (!BN_to_montgomery(r, BN_value_one(), mont, ctx))
 516         goto err;
 517     for (;;) {
 518         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
 519             if (!start) {
 520                 if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, r, mont, ctx))
 521                     goto err;
 522             }
 523             if (wstart == 0)
 524                 break;
 525             wstart--;
 526             continue;
 527         }
 528         /*
 529          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
 530          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
 531          * set bit before the end of the window
 532          */
 533         j = wstart;
 534         wvalue = 1;
 535         wend = 0;
 536         for (i = 1; i < window; i++) {
 537             if (wstart - i < 0)
 538                 break;
 539             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
 540                 wvalue <<= (i - wend);
 541                 wvalue |= 1;
 542                 wend = i;
 543             }
 544         }
 545
 546         /* wend is the size of the current window */
 547         j = wend + 1;
 548         /* add the 'bytes above' */
 549         if (!start)
 550             for (i = 0; i < j; i++) {
 551                 if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, r, mont, ctx))
 552                     goto err;
 553             }
 554
 555         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
 556         if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, val[wvalue >> 1], mont, ctx))
 557             goto err;
 558
 559         /* move the 'window' down further */
 560         wstart -= wend + 1;
 561         wvalue = 0;
 562         start = 0;
 563         if (wstart < 0)
 564             break;
 565     }
 566 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 567     if (OPENSSL_sparcv9cap_P[0] & (SPARCV9_VIS3 | SPARCV9_PREFER_FPU)) {
 568         j = mont->N.top;        /* borrow j */
 569         val[0]->d[0] = 1;       /* borrow val[0] */
 570         for (i = 1; i < j; i++)
 571             val[0]->d[i] = 0;
 572         val[0]->top = j;
 573         if (!BN_mod_mul_montgomery(rr, r, val[0], mont, ctx))
 574             goto err;
 575     } else
 576 #endif
 577     if (!BN_from_montgomery(rr, r, mont, ctx))
 578         goto err;
 579     ret = 1;
 580  err:
 581     if ((in_mont == NULL) && (mont != NULL))
 582         BN_MONT_CTX_free(mont);
 583     BN_CTX_end(ctx);
 584     bn_check_top(rr);
 585     return (ret);
 586 }
 587
 588 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 589 static BN_ULONG bn_get_bits(const BIGNUM *a, int bitpos)
 590 {
 591     BN_ULONG ret = 0;
 592     int wordpos;
 593
 594     wordpos = bitpos / BN_BITS2;
 595     bitpos %= BN_BITS2;
 596     if (wordpos >= 0 && wordpos < a->top) {
 597         ret = a->d[wordpos] & BN_MASK2;
 598         if (bitpos) {
 599             ret >>= bitpos;
 600             if (++wordpos < a->top)
 601                 ret |= a->d[wordpos] << (BN_BITS2 - bitpos);
 602         }
 603     }
 604
 605     return ret & BN_MASK2;
 606 }
 607 #endif
 608
 609 /*
 610  * BN_mod_exp_mont_consttime() stores the precomputed powers in a specific
 611  * layout so that accessing any of these table values shows the same access
 612  * pattern as far as cache lines are concerned.  The following functions are
 613  * used to transfer a BIGNUM from/to that table.
 614  */
 615
 616 static int MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(const BIGNUM *b, int top,
 617                                         unsigned char *buf, int idx,
 618                                         int window)
 619 {
 620     int i, j;
 621     int width = 1 << window;
 622     BN_ULONG *table = (BN_ULONG *)buf;
 623
 624     if (top > b->top)
 625         top = b->top;           /* this works because 'buf' is explicitly
 626                                  * zeroed */
 627     for (i = 0, j = idx; i < top; i++, j += width) {
 628         table[j] = b->d[i];
 629     }
 630
 631     return 1;
 632 }
 633
 634 static int MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF(BIGNUM *b, int top,
 635                                           unsigned char *buf, int idx,
 636                                           int window)
 637 {
 638     int i, j;
 639     int width = 1 << window;
 640     volatile BN_ULONG *table = (volatile BN_ULONG *)buf;
 641
 642     if (bn_wexpand(b, top) == NULL)
 643         return 0;
 644
 645     if (window <= 3) {
 646         for (i = 0; i < top; i++, table += width) {
 647             BN_ULONG acc = 0;
 648
 649             for (j = 0; j < width; j++) {
 650                 acc |= table[j] &
 651                        ((BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(j,idx)&1));
 652             }
 653
 654             b->d[i] = acc;
 655         }
 656     } else {
 657         int xstride = 1 << (window - 2);
 658         BN_ULONG y0, y1, y2, y3;
 659
 660         i = idx >> (window - 2);        /* equivalent of idx / xstride */
 661         idx &= xstride - 1;             /* equivalent of idx % xstride */
 662
 663         y0 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,0)&1);
 664         y1 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,1)&1);
 665         y2 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,2)&1);
 666         y3 = (BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(i,3)&1);
 667
 668         for (i = 0; i < top; i++, table += width) {
 669             BN_ULONG acc = 0;
 670
 671             for (j = 0; j < xstride; j++) {
 672                 acc |= ( (table[j + 0 * xstride] & y0) |
 673                          (table[j + 1 * xstride] & y1) |
 674                          (table[j + 2 * xstride] & y2) |
 675                          (table[j + 3 * xstride] & y3) )
 676                        & ((BN_ULONG)0 - (constant_time_eq_int(j,idx)&1));
 677             }
 678
 679             b->d[i] = acc;
 680         }
 681     }
 682
 683     b->top = top;
 684     bn_correct_top(b);
 685     return 1;
 686 }
 687
 688 /*
 689  * Given a pointer value, compute the next address that is a cache line
 690  * multiple.
 691  */
 692 #define MOD_EXP_CTIME_ALIGN(x_) \
 693         ((unsigned char*)(x_) + (MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH - (((size_t)(x_)) & (MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_MASK))))
 694
 695 /*
 696  * This variant of BN_mod_exp_mont() uses fixed windows and the special
 697  * precomputation memory layout to limit data-dependency to a minimum to
 698  * protect secret exponents (cf. the hyper-threading timing attacks pointed
 699  * out by Colin Percival,
 700  * http://www.daemonology.net/hyperthreading-considered-harmful/)
 701  */
 702 int BN_mod_exp_mont_consttime(BIGNUM *rr, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
 703                               const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,
 704                               BN_MONT_CTX *in_mont)
 705 {
 706     int i, bits, ret = 0, window, wvalue;
 707     int top;
 708     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 709
 710     int numPowers;
 711     unsigned char *powerbufFree = NULL;
 712     int powerbufLen = 0;
 713     unsigned char *powerbuf = NULL;
 714     BIGNUM tmp, am;
 715 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 716     unsigned int t4 = 0;
 717 #endif
 718
 719     bn_check_top(a);
 720     bn_check_top(p);
 721     bn_check_top(m);
 722
 723     if (!BN_is_odd(m)) {
 724         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_CONSTTIME, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
 725         return (0);
 726     }
 727
 728     top = m->top;
 729
 730     bits = BN_num_bits(p);
 731     if (bits == 0) {
 732         /* x**0 mod 1 is still zero. */
 733         if (BN_is_one(m)) {
 734             ret = 1;
 735             BN_zero(rr);
 736         } else {
 737             ret = BN_one(rr);
 738         }
 739         return ret;
 740     }
 741
 742     BN_CTX_start(ctx);
 743
 744     /*
 745      * Allocate a montgomery context if it was not supplied by the caller. If
 746      * this is not done, things will break in the montgomery part.
 747      */
 748     if (in_mont != NULL)
 749         mont = in_mont;
 750     else {
 751         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
 752             goto err;
 753         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
 754             goto err;
 755     }
 756
 757 #ifdef RSAZ_ENABLED
 758     /*
 759      * If the size of the operands allow it, perform the optimized
 760      * RSAZ exponentiation. For further information see
 761      * crypto/bn/rsaz_exp.c and accompanying assembly modules.
 762      */
 763     if ((16 == a->top) && (16 == p->top) && (BN_num_bits(m) == 1024)
 764         && rsaz_avx2_eligible()) {
 765         if (NULL == bn_wexpand(rr, 16))
 766             goto err;
 767         RSAZ_1024_mod_exp_avx2(rr->d, a->d, p->d, m->d, mont->RR.d,
 768                                mont->n0[0]);
 769         rr->top = 16;
 770         rr->neg = 0;
 771         bn_correct_top(rr);
 772         ret = 1;
 773         goto err;
 774     } else if ((8 == a->top) && (8 == p->top) && (BN_num_bits(m) == 512)) {
 775         if (NULL == bn_wexpand(rr, 8))
 776             goto err;
 777         RSAZ_512_mod_exp(rr->d, a->d, p->d, m->d, mont->n0[0], mont->RR.d);
 778         rr->top = 8;
 779         rr->neg = 0;
 780         bn_correct_top(rr);
 781         ret = 1;
 782         goto err;
 783     }
 784 #endif
 785
 786     /* Get the window size to use with size of p. */
 787     window = BN_window_bits_for_ctime_exponent_size(bits);
 788 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 789     if (window >= 5 && (top & 15) == 0 && top <= 64 &&
 790         (OPENSSL_sparcv9cap_P[1] & (CFR_MONTMUL | CFR_MONTSQR)) ==
 791         (CFR_MONTMUL | CFR_MONTSQR) && (t4 = OPENSSL_sparcv9cap_P[0]))
 792         window = 5;
 793     else
 794 #endif
 795 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT5)
 796     if (window >= 5) {
 797         window = 5;             /* ~5% improvement for RSA2048 sign, and even
 798                                  * for RSA4096 */
 799         /* reserve space for mont->N.d[] copy */
 800         powerbufLen += top * sizeof(mont->N.d[0]);
 801     }
 802 #endif
 803     (void)0;
 804
 805     /*
 806      * Allocate a buffer large enough to hold all of the pre-computed powers
 807      * of am, am itself and tmp.
 808      */
 809     numPowers = 1 << window;
 810     powerbufLen += sizeof(m->d[0]) * (top * numPowers +
 811                                       ((2 * top) >
 812                                        numPowers ? (2 * top) : numPowers));
 813 #ifdef alloca
 814     if (powerbufLen < 3072)
 815         powerbufFree =
 816             alloca(powerbufLen + MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH);
 817     else
 818 #endif
 819         if ((powerbufFree =
 820              (unsigned char *)OPENSSL_malloc(powerbufLen +
 821                                              MOD_EXP_CTIME_MIN_CACHE_LINE_WIDTH))
 822             == NULL)
 823         goto err;
 824
 825     powerbuf = MOD_EXP_CTIME_ALIGN(powerbufFree);
 826     memset(powerbuf, 0, powerbufLen);
 827
 828 #ifdef alloca
 829     if (powerbufLen < 3072)
 830         powerbufFree = NULL;
 831 #endif
 832
 833     /* lay down tmp and am right after powers table */
 834     tmp.d = (BN_ULONG *)(powerbuf + sizeof(m->d[0]) * top * numPowers);
 835     am.d = tmp.d + top;
 836     tmp.top = am.top = 0;
 837     tmp.dmax = am.dmax = top;
 838     tmp.neg = am.neg = 0;
 839     tmp.flags = am.flags = BN_FLG_STATIC_DATA;
 840
 841     /* prepare a^0 in Montgomery domain */
 842 #if 1                           /* by Shay Gueron's suggestion */
 843     if (m->d[top - 1] & (((BN_ULONG)1) << (BN_BITS2 - 1))) {
 844         /* 2^(top*BN_BITS2) - m */
 845         tmp.d[0] = (0 - m->d[0]) & BN_MASK2;
 846         for (i = 1; i < top; i++)
 847             tmp.d[i] = (~m->d[i]) & BN_MASK2;
 848         tmp.top = top;
 849     } else
 850 #endif
 851     if (!BN_to_montgomery(&tmp, BN_value_one(), mont, ctx))
 852         goto err;
 853
 854     /* prepare a^1 in Montgomery domain */
 855     if (a->neg || BN_ucmp(a, m) >= 0) {
 856         if (!BN_mod(&am, a, m, ctx))
 857             goto err;
 858         if (!BN_to_montgomery(&am, &am, mont, ctx))
 859             goto err;
 860     } else if (!BN_to_montgomery(&am, a, mont, ctx))
 861         goto err;
 862
 863 #if defined(SPARC_T4_MONT)
 864     if (t4) {
 865         typedef int (*bn_pwr5_mont_f) (BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 866                                        const BN_ULONG *n0, const void *table,
 867                                        int power, int bits);
 868         int bn_pwr5_mont_t4_8(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 869                               const BN_ULONG *n0, const void *table,
 870                               int power, int bits);
 871         int bn_pwr5_mont_t4_16(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 872                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 873                                int power, int bits);
 874         int bn_pwr5_mont_t4_24(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 875                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 876                                int power, int bits);
 877         int bn_pwr5_mont_t4_32(BN_ULONG *tp, const BN_ULONG *np,
 878                                const BN_ULONG *n0, const void *table,
 879                                int power, int bits);
 880         static const bn_pwr5_mont_f pwr5_funcs[4] = {
 881             bn_pwr5_mont_t4_8, bn_pwr5_mont_t4_16,
 882             bn_pwr5_mont_t4_24, bn_pwr5_mont_t4_32
 883         };
 884         bn_pwr5_mont_f pwr5_worker = pwr5_funcs[top / 16 - 1];
 885
 886         typedef int (*bn_mul_mont_f) (BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 887                                       const void *bp, const BN_ULONG *np,
 888                                       const BN_ULONG *n0);
 889         int bn_mul_mont_t4_8(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const void *bp,
 890                              const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0);
 891         int bn_mul_mont_t4_16(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_24(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 895                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 896                               const BN_ULONG *n0);
 897         int bn_mul_mont_t4_32(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 898                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 899                               const BN_ULONG *n0);
 900         static const bn_mul_mont_f mul_funcs[4] = {
 901             bn_mul_mont_t4_8, bn_mul_mont_t4_16,
 902             bn_mul_mont_t4_24, bn_mul_mont_t4_32
 903         };
 904         bn_mul_mont_f mul_worker = mul_funcs[top / 16 - 1];
 905
 906         void bn_mul_mont_vis3(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 907                               const void *bp, const BN_ULONG *np,
 908                               const BN_ULONG *n0, int num);
 909         void bn_mul_mont_t4(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 910                             const void *bp, const BN_ULONG *np,
 911                             const BN_ULONG *n0, int num);
 912         void bn_mul_mont_gather5_t4(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
 913                                     const void *table, const BN_ULONG *np,
 914                                     const BN_ULONG *n0, int num, int power);
 915         void bn_flip_n_scatter5_t4(const BN_ULONG *inp, size_t num,
 916                                    void *table, size_t power);
 917         void bn_gather5_t4(BN_ULONG *out, size_t num,
 918                            void *table, size_t power);
 919         void bn_flip_t4(BN_ULONG *dst, BN_ULONG *src, size_t num);
 920
 921         BN_ULONG *np = mont->N.d, *n0 = mont->n0;
 922         int stride = 5 * (6 - (top / 16 - 1)); /* multiple of 5, but less
 923                                                 * than 32 */
 924
 925         /*
 926          * BN_to_montgomery can contaminate words above .top [in
 927          * BN_DEBUG[_DEBUG] build]...
 928          */
 929         for (i = am.top; i < top; i++)
 930             am.d[i] = 0;
 931         for (i = tmp.top; i < top; i++)
 932             tmp.d[i] = 0;
 933
 934         bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, 0);
 935         bn_flip_n_scatter5_t4(am.d, top, powerbuf, 1);
 936         if (!(*mul_worker) (tmp.d, am.d, am.d, np, n0) &&
 937             !(*mul_worker) (tmp.d, am.d, am.d, np, n0))
 938             bn_mul_mont_vis3(tmp.d, am.d, am.d, np, n0, top);
 939         bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, 2);
 940
 941         for (i = 3; i < 32; i++) {
 942             /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
 943             if (!(*mul_worker) (tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0) &&
 944                 !(*mul_worker) (tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0))
 945                 bn_mul_mont_vis3(tmp.d, tmp.d, am.d, np, n0, top);
 946             bn_flip_n_scatter5_t4(tmp.d, top, powerbuf, i);
 947         }
 948
 949         /* switch to 64-bit domain */
 950         np = alloca(top * sizeof(BN_ULONG));
 951         top /= 2;
 952         bn_flip_t4(np, mont->N.d, top);
 953
 954         bits--;
 955         for (wvalue = 0, i = bits % 5; i >= 0; i--, bits--)
 956             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
 957         bn_gather5_t4(tmp.d, top, powerbuf, wvalue);
 958
 959         /*
 960          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
 961          * significant bits.
 962          */
 963         while (bits >= 0) {
 964             if (bits < stride)
 965                 stride = bits + 1;
 966             bits -= stride;
 967             wvalue = bn_get_bits(p, bits + 1);
 968
 969             if ((*pwr5_worker) (tmp.d, np, n0, powerbuf, wvalue, stride))
 970                 continue;
 971             /* retry once and fall back */
 972             if ((*pwr5_worker) (tmp.d, np, n0, powerbuf, wvalue, stride))
 973                 continue;
 974
 975             bits += stride - 5;
 976             wvalue >>= stride - 5;
 977             wvalue &= 31;
 978             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 979             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 980             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 981             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 982             bn_mul_mont_t4(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
 983             bn_mul_mont_gather5_t4(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top,
 984                                    wvalue);
 985         }
 986
 987         bn_flip_t4(tmp.d, tmp.d, top);
 988         top *= 2;
 989         /* back to 32-bit domain */
 990         tmp.top = top;
 991         bn_correct_top(&tmp);
 992         OPENSSL_cleanse(np, top * sizeof(BN_ULONG));
 993     } else
 994 #endif
 995 #if defined(OPENSSL_BN_ASM_MONT5)
 996     if (window == 5 && top > 1) {
 997         /*
 998          * This optimization uses ideas from http://eprint.iacr.org/2011/239,
 999          * specifically optimization of cache-timing attack countermeasures
1000          * and pre-computation optimization.
1001          */
1002
1003         /*
1004          * Dedicated window==4 case improves 512-bit RSA sign by ~15%, but as
1005          * 512-bit RSA is hardly relevant, we omit it to spare size...
1006          */
1007         void bn_mul_mont_gather5(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
1008                                  const void *table, const BN_ULONG *np,
1009                                  const BN_ULONG *n0, int num, int power);
1010         void bn_scatter5(const BN_ULONG *inp, size_t num,
1011                          void *table, size_t power);
1012         void bn_gather5(BN_ULONG *out, size_t num, void *table, size_t power);
1013         void bn_power5(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
1014                        const void *table, const BN_ULONG *np,
1015                        const BN_ULONG *n0, int num, int power);
1016         int bn_get_bits5(const BN_ULONG *ap, int off);
1017         int bn_from_montgomery(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap,
1018                                const BN_ULONG *not_used, const BN_ULONG *np,
1019                                const BN_ULONG *n0, int num);
1020
1021         BN_ULONG *n0 = mont->n0, *np;
1022
1023         /*
1024          * BN_to_montgomery can contaminate words above .top [in
1025          * BN_DEBUG[_DEBUG] build]...
1026          */
1027         for (i = am.top; i < top; i++)
1028             am.d[i] = 0;
1029         for (i = tmp.top; i < top; i++)
1030             tmp.d[i] = 0;
1031
1032         /*
1033          * copy mont->N.d[] to improve cache locality
1034          */
1035         for (np = am.d + top, i = 0; i < top; i++)
1036             np[i] = mont->N.d[i];
1037
1038         bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 0);
1039         bn_scatter5(am.d, am.top, powerbuf, 1);
1040         bn_mul_mont(tmp.d, am.d, am.d, np, n0, top);
1041         bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 2);
1042
1043 # if 0
1044         for (i = 3; i < 32; i++) {
1045             /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
1046             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1047             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1048         }
1049 # else
1050         /* same as above, but uses squaring for 1/2 of operations */
1051         for (i = 4; i < 32; i *= 2) {
1052             bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1053             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1054         }
1055         for (i = 3; i < 8; i += 2) {
1056             int j;
1057             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1058             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1059             for (j = 2 * i; j < 32; j *= 2) {
1060                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1061                 bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, j);
1062             }
1063         }
1064         for (; i < 16; i += 2) {
1065             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1066             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1067             bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1068             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, 2 * i);
1069         }
1070         for (; i < 32; i += 2) {
1071             bn_mul_mont_gather5(tmp.d, am.d, powerbuf, np, n0, top, i - 1);
1072             bn_scatter5(tmp.d, top, powerbuf, i);
1073         }
1074 # endif
1075         bits--;
1076         for (wvalue = 0, i = bits % 5; i >= 0; i--, bits--)
1077             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1078         bn_gather5(tmp.d, top, powerbuf, wvalue);
1079
1080         /*
1081          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
1082          * significant bits.
1083          */
1084         if (top & 7)
1085             while (bits >= 0) {
1086                 for (wvalue = 0, i = 0; i < 5; i++, bits--)
1087                     wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1088
1089                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1090                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1091                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1092                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1093                 bn_mul_mont(tmp.d, tmp.d, tmp.d, np, n0, top);
1094                 bn_mul_mont_gather5(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top,
1095                                     wvalue);
1096         } else {
1097             while (bits >= 0) {
1098                 wvalue = bn_get_bits5(p->d, bits - 4);
1099                 bits -= 5;
1100                 bn_power5(tmp.d, tmp.d, powerbuf, np, n0, top, wvalue);
1101             }
1102         }
1103
1104         ret = bn_from_montgomery(tmp.d, tmp.d, NULL, np, n0, top);
1105         tmp.top = top;
1106         bn_correct_top(&tmp);
1107         if (ret) {
1108             if (!BN_copy(rr, &tmp))
1109                 ret = 0;
1110             goto err;           /* non-zero ret means it's not error */
1111         }
1112     } else
1113 #endif
1114     {
1115         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, 0, window))
1116             goto err;
1117         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&am, top, powerbuf, 1, window))
1118             goto err;
1119
1120         /*
1121          * If the window size is greater than 1, then calculate
1122          * val[i=2..2^winsize-1]. Powers are computed as a*a^(i-1) (even
1123          * powers could instead be computed as (a^(i/2))^2 to use the slight
1124          * performance advantage of sqr over mul).
1125          */
1126         if (window > 1) {
1127             if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &am, &am, mont, ctx))
1128                 goto err;
1129             if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, 2,
1130                                               window))
1131                 goto err;
1132             for (i = 3; i < numPowers; i++) {
1133                 /* Calculate a^i = a^(i-1) * a */
1134                 if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &am, &tmp, mont, ctx))
1135                     goto err;
1136                 if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_TO_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, i,
1137                                                   window))
1138                     goto err;
1139             }
1140         }
1141
1142         bits--;
1143         for (wvalue = 0, i = bits % window; i >= 0; i--, bits--)
1144             wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1145         if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF(&tmp, top, powerbuf, wvalue,
1146                                             window))
1147             goto err;
1148
1149         /*
1150          * Scan the exponent one window at a time starting from the most
1151          * significant bits.
1152          */
1153         while (bits >= 0) {
1154             wvalue = 0;         /* The 'value' of the window */
1155
1156             /* Scan the window, squaring the result as we go */
1157             for (i = 0; i < window; i++, bits--) {
1158                 if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &tmp, &tmp, mont, ctx))
1159                     goto err;
1160                 wvalue = (wvalue << 1) + BN_is_bit_set(p, bits);
1161             }
1162
1163             /*
1164              * Fetch the appropriate pre-computed value from the pre-buf
1165              */
1166             if (!MOD_EXP_CTIME_COPY_FROM_PREBUF(&am, top, powerbuf, wvalue,
1167                                                 window))
1168                 goto err;
1169
1170             /* Multiply the result into the intermediate result */
1171             if (!BN_mod_mul_montgomery(&tmp, &tmp, &am, mont, ctx))
1172                 goto err;
1173         }
1174     }
1175
1176     /* Convert the final result from montgomery to standard format */
1177 #if defined(SPARC_T4_MONT)
1178     if (OPENSSL_sparcv9cap_P[0] & (SPARCV9_VIS3 | SPARCV9_PREFER_FPU)) {
1179         am.d[0] = 1;            /* borrow am */
1180         for (i = 1; i < top; i++)
1181             am.d[i] = 0;
1182         if (!BN_mod_mul_montgomery(rr, &tmp, &am, mont, ctx))
1183             goto err;
1184     } else
1185 #endif
1186     if (!BN_from_montgomery(rr, &tmp, mont, ctx))
1187         goto err;
1188     ret = 1;
1189  err:
1190     if ((in_mont == NULL) && (mont != NULL))
1191         BN_MONT_CTX_free(mont);
1192     if (powerbuf != NULL) {
1193         OPENSSL_cleanse(powerbuf, powerbufLen);
1194         if (powerbufFree)
1195             OPENSSL_free(powerbufFree);
1196     }
1197     BN_CTX_end(ctx);
1198     return (ret);
1199 }
1200
1201 int BN_mod_exp_mont_word(BIGNUM *rr, BN_ULONG a, const BIGNUM *p,
1202                          const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx, BN_MONT_CTX *in_mont)
1203 {
1204     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
1205     int b, bits, ret = 0;
1206     int r_is_one;
1207     BN_ULONG w, next_w;
1208     BIGNUM *d, *r, *t;
1209     BIGNUM *swap_tmp;
1210 #define BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m) \
1211                 (BN_mul_word(r, (w)) && \
1212                 (/* BN_ucmp(r, (m)) < 0 ? 1 :*/  \
1213                         (BN_mod(t, r, m, ctx) && (swap_tmp = r, r = t, t = swap_tmp, 1))))
1214     /*
1215      * BN_MOD_MUL_WORD is only used with 'w' large, so the BN_ucmp test is
1216      * probably more overhead than always using BN_mod (which uses BN_copy if
1217      * a similar test returns true).
1218      */
1219     /*
1220      * We can use BN_mod and do not need BN_nnmod because our accumulator is
1221      * never negative (the result of BN_mod does not depend on the sign of
1222      * the modulus).
1223      */
1224 #define BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont) \
1225                 (BN_set_word(r, (w)) && BN_to_montgomery(r, r, (mont), ctx))
1226
1227     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
1228             || BN_get_flags(m, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
1229         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
1230         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_WORD, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
1231         return -1;
1232     }
1233
1234     bn_check_top(p);
1235     bn_check_top(m);
1236
1237     if (!BN_is_odd(m)) {
1238         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_MONT_WORD, BN_R_CALLED_WITH_EVEN_MODULUS);
1239         return (0);
1240     }
1241     if (m->top == 1)
1242         a %= m->d[0];           /* make sure that 'a' is reduced */
1243
1244     bits = BN_num_bits(p);
1245     if (bits == 0) {
1246         /* x**0 mod 1 is still zero. */
1247         if (BN_is_one(m)) {
1248             ret = 1;
1249             BN_zero(rr);
1250         } else {
1251             ret = BN_one(rr);
1252         }
1253         return ret;
1254     }
1255     if (a == 0) {
1256         BN_zero(rr);
1257         ret = 1;
1258         return ret;
1259     }
1260
1261     BN_CTX_start(ctx);
1262     d = BN_CTX_get(ctx);
1263     r = BN_CTX_get(ctx);
1264     t = BN_CTX_get(ctx);
1265     if (d == NULL || r == NULL || t == NULL)
1266         goto err;
1267
1268     if (in_mont != NULL)
1269         mont = in_mont;
1270     else {
1271         if ((mont = BN_MONT_CTX_new()) == NULL)
1272             goto err;
1273         if (!BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx))
1274             goto err;
1275     }
1276
1277     r_is_one = 1;               /* except for Montgomery factor */
1278
1279     /* bits-1 >= 0 */
1280
1281     /* The result is accumulated in the product r*w. */
1282     w = a;                      /* bit 'bits-1' of 'p' is always set */
1283     for (b = bits - 2; b >= 0; b--) {
1284         /* First, square r*w. */
1285         next_w = w * w;
1286         if ((next_w / w) != w) { /* overflow */
1287             if (r_is_one) {
1288                 if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1289                     goto err;
1290                 r_is_one = 0;
1291             } else {
1292                 if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1293                     goto err;
1294             }
1295             next_w = 1;
1296         }
1297         w = next_w;
1298         if (!r_is_one) {
1299             if (!BN_mod_mul_montgomery(r, r, r, mont, ctx))
1300                 goto err;
1301         }
1302
1303         /* Second, multiply r*w by 'a' if exponent bit is set. */
1304         if (BN_is_bit_set(p, b)) {
1305             next_w = w * a;
1306             if ((next_w / a) != w) { /* overflow */
1307                 if (r_is_one) {
1308                     if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1309                         goto err;
1310                     r_is_one = 0;
1311                 } else {
1312                     if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1313                         goto err;
1314                 }
1315                 next_w = a;
1316             }
1317             w = next_w;
1318         }
1319     }
1320
1321     /* Finally, set r:=r*w. */
1322     if (w != 1) {
1323         if (r_is_one) {
1324             if (!BN_TO_MONTGOMERY_WORD(r, w, mont))
1325                 goto err;
1326             r_is_one = 0;
1327         } else {
1328             if (!BN_MOD_MUL_WORD(r, w, m))
1329                 goto err;
1330         }
1331     }
1332
1333     if (r_is_one) {             /* can happen only if a == 1 */
1334         if (!BN_one(rr))
1335             goto err;
1336     } else {
1337         if (!BN_from_montgomery(rr, r, mont, ctx))
1338             goto err;
1339     }
1340     ret = 1;
1341  err:
1342     if ((in_mont == NULL) && (mont != NULL))
1343         BN_MONT_CTX_free(mont);
1344     BN_CTX_end(ctx);
1345     bn_check_top(rr);
1346     return (ret);
1347 }
1348
1349 /* The old fallback, simple version :-) */
1350 int BN_mod_exp_simple(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *p,
1351                       const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx)
1352 {
1353     int i, j, bits, ret = 0, wstart, wend, window, wvalue;
1354     int start = 1;
1355     BIGNUM *d;
1356     /* Table of variables obtained from 'ctx' */
1357     BIGNUM *val[TABLE_SIZE];
1358
1359     if (BN_get_flags(p, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
1360             || BN_get_flags(a, BN_FLG_CONSTTIME) != 0
1361             || BN_get_flags(m, BN_FLG_CONSTTIME) != 0) {
1362         /* BN_FLG_CONSTTIME only supported by BN_mod_exp_mont() */
1363         BNerr(BN_F_BN_MOD_EXP_SIMPLE, ERR_R_SHOULD_NOT_HAVE_BEEN_CALLED);
1364         return -1;
1365     }
1366
1367     bits = BN_num_bits(p);
1368    if (bits == 0) {
1369         /* x**0 mod 1 is still zero. */
1370         if (BN_is_one(m)) {
1371             ret = 1;
1372             BN_zero(r);
1373         } else {
1374             ret = BN_one(r);
1375         }
1376         return ret;
1377     }
1378
1379     BN_CTX_start(ctx);
1380     d = BN_CTX_get(ctx);
1381     val[0] = BN_CTX_get(ctx);
1382     if (!d || !val[0])
1383         goto err;
1384
1385     if (!BN_nnmod(val[0], a, m, ctx))
1386         goto err;               /* 1 */
1387     if (BN_is_zero(val[0])) {
1388         BN_zero(r);
1389         ret = 1;
1390         goto err;
1391     }
1392
1393     window = BN_window_bits_for_exponent_size(bits);
1394     if (window > 1) {
1395         if (!BN_mod_mul(d, val[0], val[0], m, ctx))
1396             goto err;           /* 2 */
1397         j = 1 << (window - 1);
1398         for (i = 1; i < j; i++) {
1399             if (((val[i] = BN_CTX_get(ctx)) == NULL) ||
1400                 !BN_mod_mul(val[i], val[i - 1], d, m, ctx))
1401                 goto err;
1402         }
1403     }
1404
1405     start = 1;                  /* This is used to avoid multiplication etc
1406                                  * when there is only the value '1' in the
1407                                  * buffer. */
1408     wvalue = 0;                 /* The 'value' of the window */
1409     wstart = bits - 1;          /* The top bit of the window */
1410     wend = 0;                   /* The bottom bit of the window */
1411
1412     if (!BN_one(r))
1413         goto err;
1414
1415     for (;;) {
1416         if (BN_is_bit_set(p, wstart) == 0) {
1417             if (!start)
1418                 if (!BN_mod_mul(r, r, r, m, ctx))
1419                     goto err;
1420             if (wstart == 0)
1421                 break;
1422             wstart--;
1423             continue;
1424         }
1425         /*
1426          * We now have wstart on a 'set' bit, we now need to work out how bit
1427          * a window to do.  To do this we need to scan forward until the last
1428          * set bit before the end of the window
1429          */
1430         j = wstart;
1431         wvalue = 1;
1432         wend = 0;
1433         for (i = 1; i < window; i++) {
1434             if (wstart - i < 0)
1435                 break;
1436             if (BN_is_bit_set(p, wstart - i)) {
1437                 wvalue <<= (i - wend);
1438                 wvalue |= 1;
1439                 wend = i;
1440             }
1441         }
1442
1443         /* wend is the size of the current window */
1444         j = wend + 1;
1445         /* add the 'bytes above' */
1446         if (!start)
1447             for (i = 0; i < j; i++) {
1448                 if (!BN_mod_mul(r, r, r, m, ctx))
1449                     goto err;
1450             }
1451
1452         /* wvalue will be an odd number < 2^window */
1453         if (!BN_mod_mul(r, r, val[wvalue >> 1], m, ctx))
1454             goto err;
1455
1456         /* move the 'window' down further */
1457         wstart -= wend + 1;
1458         wvalue = 0;
1459         start = 0;
1460         if (wstart < 0)
1461             break;
1462     }
1463     ret = 1;
1464  err:
1465     BN_CTX_end(ctx);
1466     bn_check_top(r);
1467     return (ret);
1468 }