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[u/mdw/catacomb] / mpmont.h
index 20ae0ac..b931162 100644 (file)
--- a/mpmont.h
+++ b/mpmont.h
@@ -1,6 +1,6 @@
 /* -*-c-*-
  *
- * $Id: mpmont.h,v 1.2 1999/11/19 13:17:43 mdw Exp $
+ * $Id: mpmont.h,v 1.8 2004/04/08 01:36:15 mdw Exp $
  *
  * Montgomery reduction
  *
  * MA 02111-1307, USA.
  */
 
-/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
- *
- * $Log: mpmont.h,v $
- * Revision 1.2  1999/11/19 13:17:43  mdw
- * Add extra interface to exponentiation which returns a Montgomerized
- * result.  Add simultaneous exponentiation interface.
- *
- * Revision 1.1  1999/11/17 18:02:16  mdw
- * New multiprecision integer arithmetic suite.
- *
- */
-
-#ifndef MPMONT_H
-#define MPMONT_H
+#ifndef CATACOMB_MPMONT_H
+#define CATACOMB_MPMONT_H
 
 #ifdef __cplusplus
   extern "C" {
 
 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
 
-#ifndef MP_H
+#ifndef CATACOMB_MP_H
 #  include "mp.h"
 #endif
 
-/*----- What's going on here? ---------------------------------------------*
+/*----- Notes on Montgomery reduction -------------------------------------*
  *
  * Given a little bit of precomputation, Montgomery reduction enables modular
  * reductions of products to be calculated rather rapidly, without recourse
@@ -61,7 +49,9 @@
  * Before starting, you need to do a little work.  In particular, the
  * following things need to be worked out:
  *
- *   * %$m$%, which is the modulus you'll be working with.
+ *   * %$m$%, which is the modulus you'll be working with.  This must be odd,
+ *     otherwise the whole thing doesn't work.  You're better off using
+ *     Barrett reduction if your modulus might be even.
  *
  *   * %$b$%, the radix of the number system you're in (here, it's
  *     @MPW_MAX + 1@).
@@ -77,8 +67,8 @@
  * The result of a Montgomery reduction of %$x$% is %$x R^{-1} \bmod m$%,
  * which doesn't look ever-so useful.  The trick is to initially apply a
  * factor of %$R$% to all of your numbers so that when you multiply and
- * perform a Montgomery reduction you get %$(xR \cdot yR)R^{-1} \bmod m$%,
- * which is just %$xyR \bmod m$%.  Thanks to distributivity, even additions
+ * perform a Montgomery reduction you get %$(x R \cdot y R) R^{-1} \bmod m$%,
+ * which is just %$x y R \bmod m$%.  Thanks to distributivity, even additions
  * and subtractions can be performed on numbers in this form -- the extra
  * factor of %$R$% just runs through all the calculations until it's finally
  * stripped out by a final reduction operation.
 
 typedef struct mpmont {
   mp *m;                               /* Modulus */
-  mpw mi;                              /* %$-m^{-1} \bmod b$% */
-  size_t shift;                                /* %$\log_2 R$% */
+  mp *mi;                              /* %$-m^{-1} \bmod R$% */
+  size_t n;                            /* %$\log_b R$% */
   mp *r, *r2;                          /* %$R \bmod m$%, %$R^2 \bmod m$% */
 } mpmont;
 
-/* --- A base/exponent pair for @mpmont_mexp@ --- */
-
-typedef struct mpmont_factor {
-  mp *base;
-  mp *exp;
-} mpmont_factor;
-
 /*----- Functions provided ------------------------------------------------*/
 
 /* --- @mpmont_create@ --- *
@@ -112,6 +95,7 @@ typedef struct mpmont_factor {
  * Returns:    ---
  *
  * Use:                Initializes a Montgomery reduction context ready for use.
+ *             The argument @m@ must be a positive odd integer.
  */
 
 extern void mpmont_create(mpmont */*mm*/, mp */*m*/);
@@ -132,67 +116,74 @@ extern void mpmont_destroy(mpmont */*mm*/);
  *
  * Arguments:  @mpmont *mm@ = pointer to Montgomery reduction context
  *             @mp *d@ = destination
- *             @const mp *a@ = source, assumed positive
+ *             @mp *a@ = source, assumed positive
  *
  * Returns:    Result, %$a R^{-1} \bmod m$%.
  */
 
-extern mp *mpmont_reduce(mpmont */*mm*/, mp */*d*/, const mp */*a*/);
+extern mp *mpmont_reduce(mpmont */*mm*/, mp */*d*/, mp */*a*/);
 
 /* --- @mpmont_mul@ --- *
  *
  * Arguments:  @mpmont *mm@ = pointer to Montgomery reduction context
  *             @mp *d@ = destination
- *             @const mp *a, *b@ = sources, assumed positive
+ *             @mp *a, *b@ = sources, assumed positive
  *
  * Returns:    Result, %$a b R^{-1} \bmod m$%.
  */
 
-extern mp *mpmont_mul(mpmont */*mm*/, mp */*d*/,
-                     const mp */*a*/, const mp */*b*/);
+extern mp *mpmont_mul(mpmont */*mm*/, mp */*d*/, mp */*a*/, mp */*b*/);
 
 /* --- @mpmont_expr@ --- *
  *
  * Arguments:  @mpmont *mm@ = pointer to Montgomery reduction context
- *             @const mp *a@ = base
- *             @const mp *e@ = exponent
+ *             @mp *d@ = fake destination
+ *             @mp *a@ = base
+ *             @mp *e@ = exponent
  *
- * Returns:    Result, %$a^e R \bmod m$%.  This is useful if further modular
- *             arithmetic is to be performed on the result.
+ * Returns:    Result, %$(a R^{-1})^e R \bmod m$%.  This is useful if
+ *             further modular arithmetic is to be performed on the result.
  */
 
-extern mp *mpmont_expr(mpmont */*mm*/, const mp */*a*/, const mp */*e*/);
+extern mp *mpmont_expr(mpmont */*mm*/, mp */*d*/, mp */*a*/, mp */*e*/);
 
 /* --- @mpmont_exp@ --- *
  *
  * Arguments:  @mpmont *mm@ = pointer to Montgomery reduction context
- *             @const mp *a@ = base
- *             @const mp *e@ = exponent
+ *             @mp *d@ = fake destination
+ *             @mp *a@ = base
+ *             @mp *e@ = exponent
  *
  * Returns:    Result, %$a^e \bmod m$%.
  */
 
-extern mp *mpmont_exp(mpmont */*mm*/, const mp */*a*/, const mp */*e*/);
+extern mp *mpmont_exp(mpmont */*mm*/, mp */*d*/, mp */*a*/, mp */*e*/);
 
 /* --- @mpmont_mexpr@ --- *
  *
  * Arguments:  @mpmont *mm@ = pointer to Montgomery reduction context
- *             @mpmont_factor *f@ = pointer to array of factors
+ *             @mp *d@ = fake destination
+ *             @const mp_expfactor *f@ = pointer to array of factors
  *             @size_t n@ = number of factors supplied
  *
  * Returns:    If the bases are %$g_0, g_1, \ldots, g_{n-1}$% and the
  *             exponents are %$e_0, e_1, \ldots, e_{n-1}$% then the result
  *             is:
  *
- *             %$g_0^{e_0} g_1^{e_1} \ldots g_{n-1}^{e_{n-1}} R \bmod m$%
+ *             %$g_0^{e_0} g_1^{e_1} \ldots g_{n-1}^{e_{n-1}} \bmod m$%
+ *
+ *
+ *             except that the %$g_i$% and result are in Montgomery form.
  */
 
-extern mp *mpmont_mexpr(mpmont */*mm*/, mpmont_factor */*f*/, size_t /*n*/);
+extern mp *mpmont_mexpr(mpmont */*mm*/, mp */*d*/,
+                       const mp_expfactor */*f*/, size_t /*n*/);
 
 /* --- @mpmont_mexp@ --- *
  *
  * Arguments:  @mpmont *mm@ = pointer to Montgomery reduction context
- *             @mpmont_factor *f@ = pointer to array of factors
+ *             @mp *d@ = fake destination
+ *             @const mp_expfactor *f@ = pointer to array of factors
  *             @size_t n@ = number of factors supplied
  *
  * Returns:    Product of bases raised to exponents, all mod @m@.
@@ -200,7 +191,8 @@ extern mp *mpmont_mexpr(mpmont */*mm*/, mpmont_factor */*f*/, size_t /*n*/);
  * Use:                Convenient interface over @mpmont_mexpr@.
  */
 
-extern mp *mpmont_mexp(mpmont */*mm*/, mpmont_factor */*f*/, size_t /*n*/);
+extern mp *mpmont_mexp(mpmont */*mm*/, mp */*d*/,
+                      const mp_expfactor */*f*/, size_t /*n*/);
 
 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/