Elliptic curves on binary fields work.
[u/mdw/catacomb] / gf-gcd.c
diff --git a/gf-gcd.c b/gf-gcd.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..64d61d4
--- /dev/null
+++ b/gf-gcd.c
@@ -0,0 +1,259 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: gf-gcd.c,v 1.1.2.1 2004/03/21 22:39:46 mdw Exp $
+ *
+ * Euclidian algorithm 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-gcd.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"
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @gf_gcd@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mp **gcd, **xx, **yy@ = where to write the results
+ *             @mp *a, *b@ = sources (must be nonzero)
+ *
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Calculates @gcd(a, b)@, and two numbers @x@ and @y@ such that
+ *             @ax + by = gcd(a, b)@.  This is useful for computing modular
+ *             inverses.
+ */
+
+void gf_gcd(mp **gcd, mp **xx, mp **yy, mp *a, mp *b)
+{
+  mp *x = MP_ONE, *X = MP_ZERO;
+  mp *y = MP_ZERO, *Y = MP_ONE;
+  mp *u, *v;
+  mp *q = MP_NEW;
+  unsigned f = 0;
+
+#define f_swap 1u
+#define f_ext 2u
+
+  /* --- Sort out some initial flags --- */
+
+  if (xx || yy)
+    f |= f_ext;
+
+  /* --- Ensure that @a@ is larger than @b@ --- *
+   *
+   * If they're the same length we don't care which order they're in, so this
+   * unsigned comparison is fine.
+   */
+
+  if (MPX_UCMP(a->v, a->vl, <, b->v, b->vl)) {
+    { mp *t = a; a = b; b = t; }
+    f |= f_swap;
+  }
+
+  /* --- Check for zeroness --- */
+
+  if (MP_EQ(b, MP_ZERO)) {
+
+    /* --- Store %$|a|$% as the GCD --- */
+
+    if (gcd) {
+      if (*gcd) MP_DROP(*gcd);
+      a = MP_COPY(a);
+      *gcd = a;
+    }
+
+    /* --- Store %$1$% and %$0$% in the appropriate bins --- */
+
+    if (f & f_ext) {
+      if (f & f_swap) {
+       mp **t = xx; xx = yy; yy = t;
+      }
+      if (xx) {
+       if (*xx) MP_DROP(*xx);
+       if (MP_EQ(a, MP_ZERO))
+         *xx = MP_ZERO;
+       else
+         *xx = MP_ONE;
+      }
+      if (yy) {
+       if (*yy) MP_DROP(*yy);
+       *yy = MP_ZERO;
+      }
+    }
+    return;
+  }
+
+  /* --- Take a reference to the arguments --- */
+
+  a = MP_COPY(a);
+  b = MP_COPY(b);
+
+  /* --- Make sure @a@ and @b@ are not both even --- */
+
+  MP_SPLIT(a); a->f &= ~MP_NEG;
+  MP_SPLIT(b); b->f &= ~MP_NEG;
+
+  u = MP_COPY(a);
+  v = MP_COPY(b);
+
+  while (MP_LEN(v)) {
+    mp *t;
+    gf_div(&q, &u, u, v);
+    if (f & f_ext) {
+      t = gf_mul(MP_NEW, X, q);
+      t = gf_add(t, x, t);
+      MP_DROP(x); x = X; X = t;
+      t = gf_mul(MP_NEW, Y, q);
+      t = gf_add(t, y, t);
+      MP_DROP(y); y = Y; Y = t;
+    }
+    t = u; u = v; v = t;
+  }
+
+  MP_DROP(q);
+  if (!gcd)
+    MP_DROP(u);
+  else {
+    if (*gcd) MP_DROP(*gcd);
+    u->f &= ~MP_NEG;
+    *gcd = u;
+  }
+
+  /* --- Perform a little normalization --- */
+
+  if (f & f_ext) {
+
+    /* --- If @a@ and @b@ got swapped, swap the coefficients back --- */
+
+    if (f & f_swap) {
+      mp *t = x; x = y; y = t;
+      t = a; a = b; b = t;
+    }
+
+    /* --- Store the results --- */
+
+    if (!xx)
+      MP_DROP(x);
+    else {
+      if (*xx) MP_DROP(*xx);
+      *xx = x;
+    }
+
+    if (!yy)
+      MP_DROP(y);
+    else {
+      if (*yy) MP_DROP(*yy);
+      *yy = y;
+    }
+  }
+
+  MP_DROP(v);
+  MP_DROP(X); MP_DROP(Y);
+  MP_DROP(a); MP_DROP(b);
+}
+
+/*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
+
+#ifdef TEST_RIG
+
+static int gcd(dstr *v)
+{
+  int ok = 1;
+  mp *a = *(mp **)v[0].buf;
+  mp *b = *(mp **)v[1].buf;
+  mp *g = *(mp **)v[2].buf;
+  mp *x = *(mp **)v[3].buf;
+  mp *y = *(mp **)v[4].buf;
+
+  mp *gg = MP_NEW, *xx = MP_NEW, *yy = MP_NEW;
+  gf_gcd(&gg, &xx, &yy, a, b);
+  if (!MP_EQ(x, xx)) {
+    fputs("\n*** mp_gcd(x) failed", stderr);
+    fputs("\na      = ", stderr); mp_writefile(a, stderr, 16);
+    fputs("\nb      = ", stderr); mp_writefile(b, stderr, 16);
+    fputs("\nexpect = ", stderr); mp_writefile(x, stderr, 16);
+    fputs("\nresult = ", stderr); mp_writefile(xx, stderr, 16);
+    fputc('\n', stderr);
+    ok = 0;
+  }
+  if (!MP_EQ(y, yy)) {
+    fputs("\n*** mp_gcd(y) failed", stderr);
+    fputs("\na      = ", stderr); mp_writefile(a, stderr, 16);
+    fputs("\nb      = ", stderr); mp_writefile(b, stderr, 16);
+    fputs("\nexpect = ", stderr); mp_writefile(y, stderr, 16);
+    fputs("\nresult = ", stderr); mp_writefile(yy, stderr, 16);
+    fputc('\n', stderr);
+    ok = 0;
+  }
+
+  if (!ok) {
+    mp *ax = gf_mul(MP_NEW, a, xx);
+    mp *by = gf_mul(MP_NEW, b, yy);
+    ax = gf_add(ax, ax, by);
+    if (MP_EQ(ax, gg))
+      fputs("\n*** (Alternative result found.)\n", stderr);
+    MP_DROP(ax);
+    MP_DROP(by);
+  }
+
+  if (!MP_EQ(g, gg)) {
+    fputs("\n*** mp_gcd(gcd) failed", stderr);
+    fputs("\na      = ", stderr); mp_writefile(a, stderr, 16);
+    fputs("\nb      = ", stderr); mp_writefile(b, stderr, 16);
+    fputs("\nexpect = ", stderr); mp_writefile(g, stderr, 16);
+    fputs("\nresult = ", stderr); mp_writefile(gg, stderr, 16);
+    fputc('\n', stderr);
+    ok = 0;
+  }
+  MP_DROP(a); MP_DROP(b); MP_DROP(g); MP_DROP(x); MP_DROP(y);
+  MP_DROP(gg); MP_DROP(xx); MP_DROP(yy);
+  assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
+  return (ok);
+}
+
+static test_chunk tests[] = {
+  { "gcd", gcd, { &type_mp, &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 -------------------------------------------------*/