Elliptic curves on binary fields work.
[u/mdw/catacomb] / gf-arith.c
diff --git a/gf-arith.c b/gf-arith.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6838e44
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,263 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: gf-arith.c,v 1.1.2.1 2004/03/21 22:39:46 mdw Exp $
+ *
+ * Basic arithmetic on binary polynomials
+ *
+ * (c) 2004 Straylight/Edgeware
+ */
+
+/*----- Licensing notice --------------------------------------------------* 
+ *
+ * This file is part of Catacomb.
+ *
+ * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU Library General Public License as
+ * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+ * License, or (at your option) any later version.
+ * 
+ * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ * GNU Library General Public License for more details.
+ * 
+ * You should have received a copy of the GNU Library General Public
+ * License along with Catacomb; if not, write to the Free
+ * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
+ * MA 02111-1307, USA.
+ */
+
+/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
+ *
+ * $Log: gf-arith.c,v $
+ * Revision 1.1.2.1  2004/03/21 22:39:46  mdw
+ * Elliptic curves on binary fields work.
+ *
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include "gf.h"
+
+/*----- Macros ------------------------------------------------------------*/
+
+#define MAX(x, y) ((x) >= (y) ? (x) : (y))
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @gf_add@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mp *d@ = destination
+ *             @mp *a, *b@ = sources
+ *
+ * Returns:    Result, @a@ added to @b@.
+ */
+
+mp *gf_add(mp *d, mp *a, mp *b)
+{
+  MP_DEST(d, MAX(MP_LEN(a), MP_LEN(b)), (a->f | b->f) & MP_BURN);
+  gfx_add(d->v, d->vl, a->v, a->vl, b->v, b->vl);
+  d->f = (a->f | b->f) & MP_BURN;
+  MP_SHRINK(d);
+  return (d);
+}
+
+/* --- @gf_mul@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mp *d@ = destination
+ *             @mp *a, *b@ = sources
+ *
+ * Returns:    Result, @a@ multiplied by @b@.
+ */
+
+mp *gf_mul(mp *d, mp *a, mp *b)
+{
+  a = MP_COPY(a);
+  b = MP_COPY(b);
+
+  if (MP_LEN(a) <= MPK_THRESH || MP_LEN(b) <= GFK_THRESH) {
+    MP_DEST(d, MP_LEN(a) + MP_LEN(b), a->f | b->f | MP_UNDEF);
+    gfx_mul(d->v, d->vl, a->v, a->vl, b->v, b->vl);
+  } else {
+    size_t m = MAX(MP_LEN(a), MP_LEN(b));
+    mpw *s;
+    MP_DEST(d, 2 * m, a->f | b->f | MP_UNDEF);
+    s = mpalloc(d->a, 2 * m);
+    gfx_kmul(d->v, d->vl, a->v, a->vl, b->v, b->vl, s, s + 2 * m);
+    mpfree(d->a, s);
+  }
+
+  d->f = (a->f | b->f) & MP_BURN;
+  MP_SHRINK(d);
+  MP_DROP(a);
+  MP_DROP(b);
+  return (d);
+}
+
+/* --- @gf_sqr@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mp *d@ = destination
+ *             @mp *a@ = source
+ *
+ * Returns:    Result, @a@ squared.
+ */
+
+mp *gf_sqr(mp *d, mp *a)
+{
+  MP_COPY(a);
+  MP_DEST(d, 2 * MP_LEN(a), a->f & MP_BURN);
+  gfx_sqr(d->v, d->vl, a->v, a->vl);
+  d->f = a->f & MP_BURN;
+  MP_SHRINK(d);
+  MP_DROP(a);
+  return (d);
+}
+
+/* --- @gf_div@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mp **qq, **rr@ = destination, quotient and remainder
+ *             @mp *a, *b@ = sources
+ *
+ * Use:                Calculates the quotient and remainder when @a@ is divided by
+ *             @b@.  The destinations @*qq@ and @*rr@ must be distinct.
+ *             Either of @qq@ or @rr@ may be null to indicate that the
+ *             result is irrelevant.  (Discarding both results is silly.)
+ *             There is a performance advantage if @a == *rr@.
+ */
+
+void gf_div(mp **qq, mp **rr, mp *a, mp *b)
+ {
+  mp *r = rr ? *rr : MP_NEW;
+  mp *q = qq ? *qq : MP_NEW;
+
+  /* --- Set the remainder up right --- */
+
+  b = MP_COPY(b);
+  a = MP_COPY(a);
+  if (r)
+    MP_DROP(r);
+  r = a;
+  MP_DEST(r, MP_LEN(b) + 2, a->f | b->f);
+
+  /* --- Fix up the quotient too --- */
+
+  r = MP_COPY(r);
+  MP_DEST(q, MP_LEN(r), r->f | MP_UNDEF);
+  MP_DROP(r);
+
+  /* --- Perform the calculation --- */
+
+  gfx_div(q->v, q->vl, r->v, r->vl, b->v, b->vl);
+
+  /* --- Sort out the sign of the results --- *
+   *
+   * If the signs of the arguments differ, and the remainder is nonzero, I
+   * must add one to the absolute value of the quotient and subtract the
+   * remainder from @b@.
+   */
+
+  q->f = (r->f | b->f) & MP_BURN;
+  r->f = (r->f | b->f) & MP_BURN;
+
+  /* --- Store the return values --- */
+
+  MP_DROP(b);
+
+  if (!qq)
+    MP_DROP(q);
+  else {
+    MP_SHRINK(q);
+    *qq = q;
+  }
+
+  if (!rr)
+    MP_DROP(r);
+  else {
+    MP_SHRINK(r);
+    *rr = r;
+  }
+}
+
+/*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
+
+#ifdef TEST_RIG
+
+static int verify(const char *op, mp *expect, mp *result, mp *a, mp *b)
+{
+  if (!MP_EQ(expect, result)) {
+    fprintf(stderr, "\n*** %s failed", op);
+    fputs("\n*** a      = ", stderr); mp_writefile(a, stderr, 16);
+    fputs("\n*** b      = ", stderr); mp_writefile(b, stderr, 16);
+    fputs("\n*** result = ", stderr); mp_writefile(result, stderr, 16);
+    fputs("\n*** expect = ", stderr); mp_writefile(expect, stderr, 16);
+    fputc('\n', stderr);
+    return (0);
+  }
+  return (1);
+}
+
+#define RIG(name, op)                                                  \
+  static int t##name(dstr *v)                                          \
+  {                                                                    \
+    mp *a = *(mp **)v[0].buf;                                          \
+    mp *b = *(mp **)v[1].buf;                                          \
+    mp *r = *(mp **)v[2].buf;                                          \
+    mp *c = op(MP_NEW, a, b);                                          \
+    int ok = verify(#name, r, c, a, b);                                        \
+    mp_drop(a); mp_drop(b); mp_drop(c); mp_drop(r);                    \
+    assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);                                \
+    return (ok);                                                       \
+  }
+
+RIG(add, gf_add)
+RIG(mul, gf_mul)
+
+#undef RIG
+
+static int tsqr(dstr *v)
+{
+  mp *a = *(mp **)v[0].buf;
+  mp *r = *(mp **)v[1].buf;
+  mp *c = MP_NEW;
+  int ok = 1;
+  c = gf_sqr(MP_NEW, a);
+  ok &= verify("sqr", r, c, a, MP_ZERO);
+  mp_drop(a); mp_drop(r); mp_drop(c);
+  assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
+  return (ok);
+}
+
+static int tdiv(dstr *v)
+{
+  mp *a = *(mp **)v[0].buf;
+  mp *b = *(mp **)v[1].buf;
+  mp *q = *(mp **)v[2].buf;
+  mp *r = *(mp **)v[3].buf;
+  mp *c = MP_NEW, *d = MP_NEW;
+  int ok = 1;
+  gf_div(&c, &d, a, b);
+  ok &= verify("div(quotient)", q, c, a, b);
+  ok &= verify("div(remainder)", r, d, a, b);
+  mp_drop(a); mp_drop(b); mp_drop(c); mp_drop(d); mp_drop(r); mp_drop(q);
+  assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
+  return (ok);
+}
+
+static test_chunk tests[] = {
+  { "add", tadd, { &type_mp, &type_mp, &type_mp, 0 } },
+  { "mul", tmul, { &type_mp, &type_mp, &type_mp, 0 } },
+  { "sqr", tsqr, { &type_mp, &type_mp, 0 } },
+  { "div", tdiv, { &type_mp, &type_mp, &type_mp, &type_mp, 0 } },
+  { 0, 0, { 0 } },
+};
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+  sub_init();
+  test_run(argc, argv, tests, SRCDIR "/tests/gf");
+  return (0);
+}
+
+#endif
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/