Blum-Blum-Shub generator, and Blum-Goldwasser encryption.
[u/mdw/catacomb] / bbs-gen.c
diff --git a/bbs-gen.c b/bbs-gen.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..1855219
--- /dev/null
+++ b/bbs-gen.c
@@ -0,0 +1,248 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: bbs-gen.c,v 1.1 1999/12/10 23:14:59 mdw Exp $
+ *
+ * Generate Blum integers
+ *
+ * (c) 1999 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: bbs-gen.c,v $
+ * Revision 1.1  1999/12/10 23:14:59  mdw
+ * Blum-Blum-Shub generator, and Blum-Goldwasser encryption.
+ *
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+
+#include "bbs.h"
+#include "fibrand.h"
+#include "mp.h"
+#include "mprand.h"
+#include "pgen.h"
+#include "rabin.h"
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @bbs_gen@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @bbs_params *bp@ = pointer to parameter block
+ *             @mp *p, *q@ = initial numbers to search from
+ *             @size_t n@ = number of attempts to make
+ *             @void (*proc)(int ev, mp *m, void *p)@ = event handler
+ *             @void *arg@ = argument for event handler
+ *
+ * Returns:    Zero if all went well, otherwise an event code which explains
+ *             the problem.
+ *
+ * Use:                Finds two prime numbers %$p'$% and %$q'$% such that both are
+ *             congruent to %$3 \bmod 4$%, and  $(p - 1)/2$% and
+ *             %$(q - 1)/2$% have no common factors.  The product %$n = pq$%
+ *             is eminently suitable for use as a modulus in a Blum-Blum-
+ *             Shub pseudorandom bit generator.
+ */
+
+int bbs_gen(bbs_params *bp, mp *p, mp *q, size_t n,
+           int (*proc)(int /*ev*/, mp */*m*/, void */*p*/), void *arg)
+{
+  pgen px, py;
+  mp *pp;
+  mp *g = MP_NEW;
+  grand *gr = fibrand_create(0);
+  int rcx, rcy;
+  int fail = BBSEV_OK;
+  size_t sz;
+
+  /* --- Initialize @p@ and @q@ --- *
+   *
+   * Divide both by two, and make the results odd.
+   */
+
+  p = mp_lsr(MP_NEW, p, 1); p->v[0] |= 1;
+  q = mp_lsr(MP_NEW, q, 1); q->v[0] |= 1;
+
+  /* --- Set up the search for @p@ --- *
+   *
+   * I want a prime %$p$% such that %$(p - 1)/2$% has no small factors.
+   */
+
+  rcx = pgen_create(&px, p); mp_drop(p);
+  rcy = pgen_muladd(&py, &px, 2, 1);
+
+  if (proc && (fail = proc(BBSEV_FINDP, 0, arg)) != 0)
+    goto fail_0;
+
+  sz = mp_bits(py.m);
+  for (;;) {
+    if (rcx != PGEN_COMPOSITE && rcy != PGEN_COMPOSITE) {
+      if (rcy != PGEN_PRIME) {
+       rabin r;
+       int i;
+
+       if (proc && (fail = proc(BBSEV_TRYP, py.m, arg)) != 0)
+         break;
+       rabin_create(&r, py.m); 
+       for (i = 0; i < 5; i++) {
+         g = mprand(g, sz, gr, 1);
+         if ((rcy = rabin_test(&r, g)) == PGEN_COMPOSITE)
+           break;
+         if (proc && (fail = proc(BBSEV_PASSP, py.m, arg)) != 0)
+           break;
+       }
+       rabin_destroy(&r);
+       if (fail)
+         goto fail_0;
+       if (i < 5) {
+         if (proc && (fail = proc(BBSEV_FAILP, py.m, arg)) != 0)
+           goto fail_0;
+         if (n) {
+           n--;
+           if (!n) {
+             fail = BBSEV_FAILP;
+             goto fail_0;
+           }
+         }
+       }
+      }
+
+      if (rcy != PGEN_COMPOSITE)
+       break;
+    }
+    rcx = pgen_step(&px, 2);
+    rcy = pgen_step(&py, 4);
+  }
+
+  if (proc && (fail = proc(BBSEV_GOODP, py.m, arg)) != 0)
+    goto fail_0;
+
+  /* --- I now have a @p@ (and a %$(p - 1)/2$%) --- */
+
+  pp = MP_COPY(px.m); pgen_destroy(&px);
+  p = MP_COPY(py.m); pgen_destroy(&py);
+
+  /* --- Next trick is to generate @q@ --- *
+   *
+   * I don't care about small factors of %$(q - 1)/2$%, just that it's
+   * relatively prime to %$(p - 1)/2$%.
+   */
+
+  {
+    mp *m = mp_lsl(MP_NEW, q, 1);
+    m->v[0] |= 1;
+    rcx = pgen_create(&px, m);
+    mp_drop(m);
+  }
+
+  if (proc && (fail = proc(BBSEV_FINDQ, 0, arg)) != 0)
+    goto fail_1;
+
+  for (;;) {
+    if (rcx != PGEN_COMPOSITE) {
+      int ok;
+
+      /* --- Ensure that %$(p - 1)/2$% and %$(q - 1)/2$% are coprime --- */
+
+      mp_gcd(&g, 0, 0, pp, q);
+      ok = MP_CMP(g, ==, MP_ONE);
+
+      if (ok && rcx != PGEN_PRIME) {
+       rabin r;
+       int i;
+
+       if (proc && (fail = proc(BBSEV_TRYQ, px.m, arg)) != 0)
+         break;
+       rabin_create(&r, px.m);
+       for (i = 0; i < 5; i++) {
+         g = mprand(g, sz, gr, 1);
+         if ((rcx = rabin_test(&r, g)) == PGEN_COMPOSITE)
+           break;
+         if (proc && (fail = proc(BBSEV_PASSQ, px.m, arg)) != 0)
+           break;
+       }
+       rabin_destroy(&r);
+       if (fail)
+         goto fail_1;
+       if (i < 5) {
+         if (proc && (fail = proc(BBSEV_FAILQ, px.m, arg)) != 0)
+           goto fail_1;
+         if (n) {
+           n--;
+           if (!n) {
+             fail = BBSEV_FAILQ;
+             goto fail_1;
+           }
+         }
+       }
+      }
+
+      if (ok && rcx != PGEN_COMPOSITE)
+       break;
+    }
+
+    q = mp_add(q, q, MP_TWO);
+    rcx = pgen_step(&px, 4);
+  }
+
+  if (proc && (fail = proc(BBSEV_GOODQ, px.m, arg)) != 0)
+    goto fail_1;
+
+  /* --- Done --- */
+
+  mp_drop(g);
+  mp_drop(q);
+  mp_drop(pp);
+  q = MP_COPY(px.m);
+  bp->p = p;
+  bp->q = q;
+  pgen_destroy(&px);
+  bp->n = mp_mul(MP_NEW, p, q);
+  gr->ops->destroy(gr);
+  return (0);
+
+  /* --- Failed --- */
+
+fail_1:
+  pgen_destroy(&px);
+  mp_drop(p);
+  mp_drop(pp);
+  mp_drop(g);
+  gr->ops->destroy(gr);
+  return (fail);
+
+fail_0:
+  if (g)
+    mp_drop(g);
+  pgen_destroy(&px);
+  pgen_destroy(&py);
+  mp_drop(q);
+  gr->ops->destroy(gr);
+  return (fail);
+}
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/