Sebastian Kuschel reports that pfd_closing can be called for a socket
[u/mdw/putty] / sshbn.c
diff --git a/sshbn.c b/sshbn.c
index 51e5901..a5e0552 100644 (file)
--- a/sshbn.c
+++ b/sshbn.c
  */
 
 #include <stdio.h>
+#include <assert.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
+#include <limits.h>
+
+#include "misc.h"
+
+/*
+ * Usage notes:
+ *  * Do not call the DIVMOD_WORD macro with expressions such as array
+ *    subscripts, as some implementations object to this (see below).
+ *  * Note that none of the division methods below will cope if the
+ *    quotient won't fit into BIGNUM_INT_BITS. Callers should be careful
+ *    to avoid this case.
+ *    If this condition occurs, in the case of the x86 DIV instruction,
+ *    an overflow exception will occur, which (according to a correspondent)
+ *    will manifest on Windows as something like
+ *      0xC0000095: Integer overflow
+ *    The C variant won't give the right answer, either.
+ */
+
+#if defined __GNUC__ && defined __i386__
+typedef unsigned long BignumInt;
+typedef unsigned long long BignumDblInt;
+#define BIGNUM_INT_MASK  0xFFFFFFFFUL
+#define BIGNUM_TOP_BIT   0x80000000UL
+#define BIGNUM_INT_BITS  32
+#define MUL_WORD(w1, w2) ((BignumDblInt)w1 * w2)
+#define DIVMOD_WORD(q, r, hi, lo, w) \
+    __asm__("div %2" : \
+           "=d" (r), "=a" (q) : \
+           "r" (w), "d" (hi), "a" (lo))
+#elif defined _MSC_VER && defined _M_IX86
+typedef unsigned __int32 BignumInt;
+typedef unsigned __int64 BignumDblInt;
+#define BIGNUM_INT_MASK  0xFFFFFFFFUL
+#define BIGNUM_TOP_BIT   0x80000000UL
+#define BIGNUM_INT_BITS  32
+#define MUL_WORD(w1, w2) ((BignumDblInt)w1 * w2)
+/* Note: MASM interprets array subscripts in the macro arguments as
+ * assembler syntax, which gives the wrong answer. Don't supply them.
+ * <http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/bf1dw62z.aspx> */
+#define DIVMOD_WORD(q, r, hi, lo, w) do { \
+    __asm mov edx, hi \
+    __asm mov eax, lo \
+    __asm div w \
+    __asm mov r, edx \
+    __asm mov q, eax \
+} while(0)
+#elif defined _LP64
+/* 64-bit architectures can do 32x32->64 chunks at a time */
+typedef unsigned int BignumInt;
+typedef unsigned long BignumDblInt;
+#define BIGNUM_INT_MASK  0xFFFFFFFFU
+#define BIGNUM_TOP_BIT   0x80000000U
+#define BIGNUM_INT_BITS  32
+#define MUL_WORD(w1, w2) ((BignumDblInt)w1 * w2)
+#define DIVMOD_WORD(q, r, hi, lo, w) do { \
+    BignumDblInt n = (((BignumDblInt)hi) << BIGNUM_INT_BITS) | lo; \
+    q = n / w; \
+    r = n % w; \
+} while (0)
+#elif defined _LLP64
+/* 64-bit architectures in which unsigned long is 32 bits, not 64 */
+typedef unsigned long BignumInt;
+typedef unsigned long long BignumDblInt;
+#define BIGNUM_INT_MASK  0xFFFFFFFFUL
+#define BIGNUM_TOP_BIT   0x80000000UL
+#define BIGNUM_INT_BITS  32
+#define MUL_WORD(w1, w2) ((BignumDblInt)w1 * w2)
+#define DIVMOD_WORD(q, r, hi, lo, w) do { \
+    BignumDblInt n = (((BignumDblInt)hi) << BIGNUM_INT_BITS) | lo; \
+    q = n / w; \
+    r = n % w; \
+} while (0)
+#else
+/* Fallback for all other cases */
+typedef unsigned short BignumInt;
+typedef unsigned long BignumDblInt;
+#define BIGNUM_INT_MASK  0xFFFFU
+#define BIGNUM_TOP_BIT   0x8000U
+#define BIGNUM_INT_BITS  16
+#define MUL_WORD(w1, w2) ((BignumDblInt)w1 * w2)
+#define DIVMOD_WORD(q, r, hi, lo, w) do { \
+    BignumDblInt n = (((BignumDblInt)hi) << BIGNUM_INT_BITS) | lo; \
+    q = n / w; \
+    r = n % w; \
+} while (0)
+#endif
+
+#define BIGNUM_INT_BYTES (BIGNUM_INT_BITS / 8)
+
+#define BIGNUM_INTERNAL
+typedef BignumInt *Bignum;
 
 #include "ssh.h"
 
-unsigned short bnZero[1] = { 0 };
-unsigned short bnOne[2] = { 1, 1 };
+BignumInt bnZero[1] = { 0 };
+BignumInt bnOne[2] = { 1, 1 };
+
+/*
+ * The Bignum format is an array of `BignumInt'. The first
+ * element of the array counts the remaining elements. The
+ * remaining elements express the actual number, base 2^BIGNUM_INT_BITS, _least_
+ * significant digit first. (So it's trivial to extract the bit
+ * with value 2^n for any n.)
+ *
+ * All Bignums in this module are positive. Negative numbers must
+ * be dealt with outside it.
+ *
+ * INVARIANT: the most significant word of any Bignum must be
+ * nonzero.
+ */
 
 Bignum Zero = bnZero, One = bnOne;
 
-Bignum newbn(int length) {
-    Bignum b = malloc((length+1)*sizeof(unsigned short));
+static Bignum newbn(int length)
+{
+    Bignum b;
+
+    assert(length >= 0 && length < INT_MAX / BIGNUM_INT_BITS);
+
+    b = snewn(length + 1, BignumInt);
     if (!b)
        abort();                       /* FIXME */
-    memset(b, 0, (length+1)*sizeof(*b));
+    memset(b, 0, (length + 1) * sizeof(*b));
     b[0] = length;
     return b;
 }
 
-Bignum copybn(Bignum orig) {
-    Bignum b = malloc((orig[0]+1)*sizeof(unsigned short));
+void bn_restore_invariant(Bignum b)
+{
+    while (b[0] > 1 && b[b[0]] == 0)
+       b[0]--;
+}
+
+Bignum copybn(Bignum orig)
+{
+    Bignum b = snewn(orig[0] + 1, BignumInt);
     if (!b)
        abort();                       /* FIXME */
-    memcpy(b, orig, (orig[0]+1)*sizeof(*b));
+    memcpy(b, orig, (orig[0] + 1) * sizeof(*b));
     return b;
 }
 
-void freebn(Bignum b) {
+void freebn(Bignum b)
+{
     /*
      * Burn the evidence, just in case.
      */
-    memset(b, 0, sizeof(b[0]) * (b[0] + 1));
-    free(b);
+    smemclr(b, sizeof(b[0]) * (b[0] + 1));
+    sfree(b);
+}
+
+Bignum bn_power_2(int n)
+{
+    Bignum ret;
+
+    assert(n >= 0);
+
+    ret = newbn(n / BIGNUM_INT_BITS + 1);
+    bignum_set_bit(ret, n, 1);
+    return ret;
+}
+
+/*
+ * Internal addition. Sets c = a - b, where 'a', 'b' and 'c' are all
+ * big-endian arrays of 'len' BignumInts. Returns a BignumInt carried
+ * off the top.
+ */
+static BignumInt internal_add(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
+                              BignumInt *c, int len)
+{
+    int i;
+    BignumDblInt carry = 0;
+
+    for (i = len-1; i >= 0; i--) {
+        carry += (BignumDblInt)a[i] + b[i];
+        c[i] = (BignumInt)carry;
+        carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+    }
+
+    return (BignumInt)carry;
+}
+
+/*
+ * Internal subtraction. Sets c = a - b, where 'a', 'b' and 'c' are
+ * all big-endian arrays of 'len' BignumInts. Any borrow from the top
+ * is ignored.
+ */
+static void internal_sub(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
+                         BignumInt *c, int len)
+{
+    int i;
+    BignumDblInt carry = 1;
+
+    for (i = len-1; i >= 0; i--) {
+        carry += (BignumDblInt)a[i] + (b[i] ^ BIGNUM_INT_MASK);
+        c[i] = (BignumInt)carry;
+        carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+    }
 }
 
 /*
  * Compute c = a * b.
  * Input is in the first len words of a and b.
  * Result is returned in the first 2*len words of c.
+ *
+ * 'scratch' must point to an array of BignumInt of size at least
+ * mul_compute_scratch(len). (This covers the needs of internal_mul
+ * and all its recursive calls to itself.)
  */
-static void internal_mul(unsigned short *a, unsigned short *b,
-                         unsigned short *c, int len)
+#define KARATSUBA_THRESHOLD 50
+static int mul_compute_scratch(int len)
 {
-    int i, j;
-    unsigned long ai, t;
+    int ret = 0;
+    while (len > KARATSUBA_THRESHOLD) {
+        int toplen = len/2, botlen = len - toplen; /* botlen is the bigger */
+        int midlen = botlen + 1;
+        ret += 4*midlen;
+        len = midlen;
+    }
+    return ret;
+}
+static void internal_mul(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
+                        BignumInt *c, int len, BignumInt *scratch)
+{
+    if (len > KARATSUBA_THRESHOLD) {
+        int i;
+
+        /*
+         * Karatsuba divide-and-conquer algorithm. Cut each input in
+         * half, so that it's expressed as two big 'digits' in a giant
+         * base D:
+         *
+         *   a = a_1 D + a_0
+         *   b = b_1 D + b_0
+         *
+         * Then the product is of course
+         *
+         *  ab = a_1 b_1 D^2 + (a_1 b_0 + a_0 b_1) D + a_0 b_0
+         *
+         * and we compute the three coefficients by recursively
+         * calling ourself to do half-length multiplications.
+         *
+         * The clever bit that makes this worth doing is that we only
+         * need _one_ half-length multiplication for the central
+         * coefficient rather than the two that it obviouly looks
+         * like, because we can use a single multiplication to compute
+         *
+         *   (a_1 + a_0) (b_1 + b_0) = a_1 b_1 + a_1 b_0 + a_0 b_1 + a_0 b_0
+         *
+         * and then we subtract the other two coefficients (a_1 b_1
+         * and a_0 b_0) which we were computing anyway.
+         *
+         * Hence we get to multiply two numbers of length N in about
+         * three times as much work as it takes to multiply numbers of
+         * length N/2, which is obviously better than the four times
+         * as much work it would take if we just did a long
+         * conventional multiply.
+         */
+
+        int toplen = len/2, botlen = len - toplen; /* botlen is the bigger */
+        int midlen = botlen + 1;
+        BignumDblInt carry;
+#ifdef KARA_DEBUG
+        int i;
+#endif
+
+        /*
+         * The coefficients a_1 b_1 and a_0 b_0 just avoid overlapping
+         * in the output array, so we can compute them immediately in
+         * place.
+         */
+
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("a1,a0 = 0x");
+        for (i = 0; i < len; i++) {
+            if (i == toplen) printf(", 0x");
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, a[i]);
+        }
+        printf("\n");
+        printf("b1,b0 = 0x");
+        for (i = 0; i < len; i++) {
+            if (i == toplen) printf(", 0x");
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, b[i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+
+        /* a_1 b_1 */
+        internal_mul(a, b, c, toplen, scratch);
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("a1b1 = 0x");
+        for (i = 0; i < 2*toplen; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, c[i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+
+        /* a_0 b_0 */
+        internal_mul(a + toplen, b + toplen, c + 2*toplen, botlen, scratch);
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("a0b0 = 0x");
+        for (i = 0; i < 2*botlen; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, c[2*toplen+i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
 
-    for (j = 0; j < 2*len; j++)
-       c[j] = 0;
+        /* Zero padding. midlen exceeds toplen by at most 2, so just
+         * zero the first two words of each input and the rest will be
+         * copied over. */
+        scratch[0] = scratch[1] = scratch[midlen] = scratch[midlen+1] = 0;
 
-    for (i = len - 1; i >= 0; i--) {
-       ai = a[i];
-       t = 0;
-       for (j = len - 1; j >= 0; j--) {
-           t += ai * (unsigned long) b[j];
-           t += (unsigned long) c[i+j+1];
-           c[i+j+1] = (unsigned short)t;
-           t = t >> 16;
-       }
-       c[i] = (unsigned short)t;
+        for (i = 0; i < toplen; i++) {
+            scratch[midlen - toplen + i] = a[i]; /* a_1 */
+            scratch[2*midlen - toplen + i] = b[i]; /* b_1 */
+        }
+
+        /* compute a_1 + a_0 */
+        scratch[0] = internal_add(scratch+1, a+toplen, scratch+1, botlen);
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("a1plusa0 = 0x");
+        for (i = 0; i < midlen; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, scratch[i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+        /* compute b_1 + b_0 */
+        scratch[midlen] = internal_add(scratch+midlen+1, b+toplen,
+                                       scratch+midlen+1, botlen);
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("b1plusb0 = 0x");
+        for (i = 0; i < midlen; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, scratch[midlen+i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+
+        /*
+         * Now we can do the third multiplication.
+         */
+        internal_mul(scratch, scratch + midlen, scratch + 2*midlen, midlen,
+                     scratch + 4*midlen);
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("a1plusa0timesb1plusb0 = 0x");
+        for (i = 0; i < 2*midlen; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, scratch[2*midlen+i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+
+        /*
+         * Now we can reuse the first half of 'scratch' to compute the
+         * sum of the outer two coefficients, to subtract from that
+         * product to obtain the middle one.
+         */
+        scratch[0] = scratch[1] = scratch[2] = scratch[3] = 0;
+        for (i = 0; i < 2*toplen; i++)
+            scratch[2*midlen - 2*toplen + i] = c[i];
+        scratch[1] = internal_add(scratch+2, c + 2*toplen,
+                                  scratch+2, 2*botlen);
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("a1b1plusa0b0 = 0x");
+        for (i = 0; i < 2*midlen; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, scratch[i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+
+        internal_sub(scratch + 2*midlen, scratch,
+                     scratch + 2*midlen, 2*midlen);
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("a1b0plusa0b1 = 0x");
+        for (i = 0; i < 2*midlen; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, scratch[2*midlen+i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+
+        /*
+         * And now all we need to do is to add that middle coefficient
+         * back into the output. We may have to propagate a carry
+         * further up the output, but we can be sure it won't
+         * propagate right the way off the top.
+         */
+        carry = internal_add(c + 2*len - botlen - 2*midlen,
+                             scratch + 2*midlen,
+                             c + 2*len - botlen - 2*midlen, 2*midlen);
+        i = 2*len - botlen - 2*midlen - 1;
+        while (carry) {
+            assert(i >= 0);
+            carry += c[i];
+            c[i] = (BignumInt)carry;
+            carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+            i--;
+        }
+#ifdef KARA_DEBUG
+        printf("ab = 0x");
+        for (i = 0; i < 2*len; i++) {
+            printf("%0*x", BIGNUM_INT_BITS/4, c[i]);
+        }
+        printf("\n");
+#endif
+
+    } else {
+        int i;
+        BignumInt carry;
+        BignumDblInt t;
+        const BignumInt *ap, *bp;
+        BignumInt *cp, *cps;
+
+        /*
+         * Multiply in the ordinary O(N^2) way.
+         */
+
+        for (i = 0; i < 2 * len; i++)
+            c[i] = 0;
+
+        for (cps = c + 2*len, ap = a + len; ap-- > a; cps--) {
+            carry = 0;
+            for (cp = cps, bp = b + len; cp--, bp-- > b ;) {
+                t = (MUL_WORD(*ap, *bp) + carry) + *cp;
+                *cp = (BignumInt) t;
+                carry = (BignumInt)(t >> BIGNUM_INT_BITS);
+            }
+            *cp = carry;
+        }
+    }
+}
+
+/*
+ * Variant form of internal_mul used for the initial step of
+ * Montgomery reduction. Only bothers outputting 'len' words
+ * (everything above that is thrown away).
+ */
+static void internal_mul_low(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
+                             BignumInt *c, int len, BignumInt *scratch)
+{
+    if (len > KARATSUBA_THRESHOLD) {
+        int i;
+
+        /*
+         * Karatsuba-aware version of internal_mul_low. As before, we
+         * express each input value as a shifted combination of two
+         * halves:
+         *
+         *   a = a_1 D + a_0
+         *   b = b_1 D + b_0
+         *
+         * Then the full product is, as before,
+         *
+         *  ab = a_1 b_1 D^2 + (a_1 b_0 + a_0 b_1) D + a_0 b_0
+         *
+         * Provided we choose D on the large side (so that a_0 and b_0
+         * are _at least_ as long as a_1 and b_1), we don't need the
+         * topmost term at all, and we only need half of the middle
+         * term. So there's no point in doing the proper Karatsuba
+         * optimisation which computes the middle term using the top
+         * one, because we'd take as long computing the top one as
+         * just computing the middle one directly.
+         *
+         * So instead, we do a much more obvious thing: we call the
+         * fully optimised internal_mul to compute a_0 b_0, and we
+         * recursively call ourself to compute the _bottom halves_ of
+         * a_1 b_0 and a_0 b_1, each of which we add into the result
+         * in the obvious way.
+         *
+         * In other words, there's no actual Karatsuba _optimisation_
+         * in this function; the only benefit in doing it this way is
+         * that we call internal_mul proper for a large part of the
+         * work, and _that_ can optimise its operation.
+         */
+
+        int toplen = len/2, botlen = len - toplen; /* botlen is the bigger */
+
+        /*
+         * Scratch space for the various bits and pieces we're going
+         * to be adding together: we need botlen*2 words for a_0 b_0
+         * (though we may end up throwing away its topmost word), and
+         * toplen words for each of a_1 b_0 and a_0 b_1. That adds up
+         * to exactly 2*len.
+         */
+
+        /* a_0 b_0 */
+        internal_mul(a + toplen, b + toplen, scratch + 2*toplen, botlen,
+                     scratch + 2*len);
+
+        /* a_1 b_0 */
+        internal_mul_low(a, b + len - toplen, scratch + toplen, toplen,
+                         scratch + 2*len);
+
+        /* a_0 b_1 */
+        internal_mul_low(a + len - toplen, b, scratch, toplen,
+                         scratch + 2*len);
+
+        /* Copy the bottom half of the big coefficient into place */
+        for (i = 0; i < botlen; i++)
+            c[toplen + i] = scratch[2*toplen + botlen + i];
+
+        /* Add the two small coefficients, throwing away the returned carry */
+        internal_add(scratch, scratch + toplen, scratch, toplen);
+
+        /* And add that to the large coefficient, leaving the result in c. */
+        internal_add(scratch, scratch + 2*toplen + botlen - toplen,
+                     c, toplen);
+
+    } else {
+        int i;
+        BignumInt carry;
+        BignumDblInt t;
+        const BignumInt *ap, *bp;
+        BignumInt *cp, *cps;
+
+        /*
+         * Multiply in the ordinary O(N^2) way.
+         */
+
+        for (i = 0; i < len; i++)
+            c[i] = 0;
+
+        for (cps = c + len, ap = a + len; ap-- > a; cps--) {
+            carry = 0;
+            for (cp = cps, bp = b + len; bp--, cp-- > c ;) {
+                t = (MUL_WORD(*ap, *bp) + carry) + *cp;
+                *cp = (BignumInt) t;
+                carry = (BignumInt)(t >> BIGNUM_INT_BITS);
+            }
+        }
     }
 }
 
-static int internal_add_shifted(unsigned short *number,
-                                unsigned short n, int shift) {
-    int word = 1 + (shift / 16);
-    int bshift = shift % 16;
-    unsigned long carry, addend;
+/*
+ * Montgomery reduction. Expects x to be a big-endian array of 2*len
+ * BignumInts whose value satisfies 0 <= x < rn (where r = 2^(len *
+ * BIGNUM_INT_BITS) is the Montgomery base). Returns in the same array
+ * a value x' which is congruent to xr^{-1} mod n, and satisfies 0 <=
+ * x' < n.
+ *
+ * 'n' and 'mninv' should be big-endian arrays of 'len' BignumInts
+ * each, containing respectively n and the multiplicative inverse of
+ * -n mod r.
+ *
+ * 'tmp' is an array of BignumInt used as scratch space, of length at
+ * least 3*len + mul_compute_scratch(len).
+ */
+static void monty_reduce(BignumInt *x, const BignumInt *n,
+                         const BignumInt *mninv, BignumInt *tmp, int len)
+{
+    int i;
+    BignumInt carry;
 
-    addend = n << bshift;
+    /*
+     * Multiply x by (-n)^{-1} mod r. This gives us a value m such
+     * that mn is congruent to -x mod r. Hence, mn+x is an exact
+     * multiple of r, and is also (obviously) congruent to x mod n.
+     */
+    internal_mul_low(x + len, mninv, tmp, len, tmp + 3*len);
+
+    /*
+     * Compute t = (mn+x)/r in ordinary, non-modular, integer
+     * arithmetic. By construction this is exact, and is congruent mod
+     * n to x * r^{-1}, i.e. the answer we want.
+     *
+     * The following multiply leaves that answer in the _most_
+     * significant half of the 'x' array, so then we must shift it
+     * down.
+     */
+    internal_mul(tmp, n, tmp+len, len, tmp + 3*len);
+    carry = internal_add(x, tmp+len, x, 2*len);
+    for (i = 0; i < len; i++)
+        x[len + i] = x[i], x[i] = 0;
+
+    /*
+     * Reduce t mod n. This doesn't require a full-on division by n,
+     * but merely a test and single optional subtraction, since we can
+     * show that 0 <= t < 2n.
+     *
+     * Proof:
+     *  + we computed m mod r, so 0 <= m < r.
+     *  + so 0 <= mn < rn, obviously
+     *  + hence we only need 0 <= x < rn to guarantee that 0 <= mn+x < 2rn
+     *  + yielding 0 <= (mn+x)/r < 2n as required.
+     */
+    if (!carry) {
+        for (i = 0; i < len; i++)
+            if (x[len + i] != n[i])
+                break;
+    }
+    if (carry || i >= len || x[len + i] > n[i])
+        internal_sub(x+len, n, x+len, len);
+}
+
+static void internal_add_shifted(BignumInt *number,
+                                unsigned n, int shift)
+{
+    int word = 1 + (shift / BIGNUM_INT_BITS);
+    int bshift = shift % BIGNUM_INT_BITS;
+    BignumDblInt addend;
+
+    addend = (BignumDblInt)n << bshift;
 
     while (addend) {
-        addend += number[word];
-        number[word] = addend & 0xFFFF;
-        addend >>= 16;
-        word++;
+        assert(word <= number[0]);
+       addend += number[word];
+       number[word] = (BignumInt) addend & BIGNUM_INT_MASK;
+       addend >>= BIGNUM_INT_BITS;
+       word++;
     }
 }
 
@@ -91,61 +625,82 @@ static int internal_add_shifted(unsigned short *number,
  * rather than the internal bigendian format. Quotient parts are shifted
  * left by `qshift' before adding into quot.
  */
-static void internal_mod(unsigned short *a, int alen,
-                         unsigned short *m, int mlen,
-                         unsigned short *quot, int qshift)
+static void internal_mod(BignumInt *a, int alen,
+                        BignumInt *m, int mlen,
+                        BignumInt *quot, int qshift)
 {
-    unsigned short m0, m1;
+    BignumInt m0, m1;
     unsigned int h;
     int i, k;
 
     m0 = m[0];
+    assert(m0 >> (BIGNUM_INT_BITS-1) == 1);
     if (mlen > 1)
-        m1 = m[1];
+       m1 = m[1];
     else
-        m1 = 0;
+       m1 = 0;
 
-    for (i = 0; i <= alen-mlen; i++) {
-       unsigned long t;
+    for (i = 0; i <= alen - mlen; i++) {
+       BignumDblInt t;
        unsigned int q, r, c, ai1;
 
        if (i == 0) {
            h = 0;
        } else {
-           h = a[i-1];
-           a[i-1] = 0;
+           h = a[i - 1];
+           a[i - 1] = 0;
        }
 
-        if (i == alen-1)
-            ai1 = 0;
-        else
-            ai1 = a[i+1];
+       if (i == alen - 1)
+           ai1 = 0;
+       else
+           ai1 = a[i + 1];
 
        /* Find q = h:a[i] / m0 */
-       t = ((unsigned long) h << 16) + a[i];
-       q = t / m0;
-       r = t % m0;
-
-       /* Refine our estimate of q by looking at
-        h:a[i]:a[i+1] / m0:m1 */
-       t = (long) m1 * (long) q;
-       if (t > ((unsigned long) r << 16) + ai1) {
-           q--;
-           t -= m1;
-           r = (r + m0) & 0xffff; /* overflow? */
-           if (r >= (unsigned long)m0 &&
-                t > ((unsigned long) r << 16) + ai1)
+       if (h >= m0) {
+           /*
+            * Special case.
+            * 
+            * To illustrate it, suppose a BignumInt is 8 bits, and
+            * we are dividing (say) A1:23:45:67 by A1:B2:C3. Then
+            * our initial division will be 0xA123 / 0xA1, which
+            * will give a quotient of 0x100 and a divide overflow.
+            * However, the invariants in this division algorithm
+            * are not violated, since the full number A1:23:... is
+            * _less_ than the quotient prefix A1:B2:... and so the
+            * following correction loop would have sorted it out.
+            * 
+            * In this situation we set q to be the largest
+            * quotient we _can_ stomach (0xFF, of course).
+            */
+           q = BIGNUM_INT_MASK;
+       } else {
+           /* Macro doesn't want an array subscript expression passed
+            * into it (see definition), so use a temporary. */
+           BignumInt tmplo = a[i];
+           DIVMOD_WORD(q, r, h, tmplo, m0);
+
+           /* Refine our estimate of q by looking at
+            h:a[i]:a[i+1] / m0:m1 */
+           t = MUL_WORD(m1, q);
+           if (t > ((BignumDblInt) r << BIGNUM_INT_BITS) + ai1) {
                q--;
+               t -= m1;
+               r = (r + m0) & BIGNUM_INT_MASK;     /* overflow? */
+               if (r >= (BignumDblInt) m0 &&
+                   t > ((BignumDblInt) r << BIGNUM_INT_BITS) + ai1) q--;
+           }
        }
 
        /* Subtract q * m from a[i...] */
        c = 0;
        for (k = mlen - 1; k >= 0; k--) {
-           t = (long) q * (long) m[k];
+           t = MUL_WORD(q, m[k]);
            t += c;
-           c = t >> 16;
-           if ((unsigned short) t > a[i+k]) c++;
-           a[i+k] -= (unsigned short) t;
+           c = (unsigned)(t >> BIGNUM_INT_BITS);
+           if ((BignumInt) t > a[i + k])
+               c++;
+           a[i + k] -= (BignumInt) t;
        }
 
        /* Add back m in case of borrow */
@@ -153,99 +708,284 @@ static void internal_mod(unsigned short *a, int alen,
            t = 0;
            for (k = mlen - 1; k >= 0; k--) {
                t += m[k];
-               t += a[i+k];
-               a[i+k] = (unsigned short)t;
-               t = t >> 16;
+               t += a[i + k];
+               a[i + k] = (BignumInt) t;
+               t = t >> BIGNUM_INT_BITS;
            }
-            q--;
+           q--;
        }
-        if (quot)
-            internal_add_shifted(quot, q, qshift + 16 * (alen-mlen-i));
+       if (quot)
+           internal_add_shifted(quot, q, qshift + BIGNUM_INT_BITS * (alen - mlen - i));
     }
 }
 
 /*
- * Compute (base ^ exp) % mod.
- * The base MUST be smaller than the modulus.
- * The most significant word of mod MUST be non-zero.
- * We assume that the result array is the same size as the mod array.
+ * Compute (base ^ exp) % mod, the pedestrian way.
  */
-void modpow(Bignum base, Bignum exp, Bignum mod, Bignum result)
+Bignum modpow_simple(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
 {
-    unsigned short *a, *b, *n, *m;
+    BignumInt *a, *b, *n, *m, *scratch;
     int mshift;
-    int mlen, i, j;
+    int mlen, scratchlen, i, j;
+    Bignum base, result;
+
+    /*
+     * The most significant word of mod needs to be non-zero. It
+     * should already be, but let's make sure.
+     */
+    assert(mod[mod[0]] != 0);
+
+    /*
+     * Make sure the base is smaller than the modulus, by reducing
+     * it modulo the modulus if not.
+     */
+    base = bigmod(base_in, mod);
 
     /* Allocate m of size mlen, copy mod to m */
     /* We use big endian internally */
     mlen = mod[0];
-    m = malloc(mlen * sizeof(unsigned short));
-    for (j = 0; j < mlen; j++) m[j] = mod[mod[0] - j];
+    m = snewn(mlen, BignumInt);
+    for (j = 0; j < mlen; j++)
+       m[j] = mod[mod[0] - j];
 
     /* Shift m left to make msb bit set */
-    for (mshift = 0; mshift < 15; mshift++)
-       if ((m[0] << mshift) & 0x8000) break;
+    for (mshift = 0; mshift < BIGNUM_INT_BITS-1; mshift++)
+       if ((m[0] << mshift) & BIGNUM_TOP_BIT)
+           break;
     if (mshift) {
        for (i = 0; i < mlen - 1; i++)
-           m[i] = (m[i] << mshift) | (m[i+1] >> (16-mshift));
-       m[mlen-1] = m[mlen-1] << mshift;
+           m[i] = (m[i] << mshift) | (m[i + 1] >> (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
+       m[mlen - 1] = m[mlen - 1] << mshift;
     }
 
     /* Allocate n of size mlen, copy base to n */
-    n = malloc(mlen * sizeof(unsigned short));
+    n = snewn(mlen, BignumInt);
     i = mlen - base[0];
-    for (j = 0; j < i; j++) n[j] = 0;
-    for (j = 0; j < base[0]; j++) n[i+j] = base[base[0] - j];
+    for (j = 0; j < i; j++)
+       n[j] = 0;
+    for (j = 0; j < (int)base[0]; j++)
+       n[i + j] = base[base[0] - j];
 
     /* Allocate a and b of size 2*mlen. Set a = 1 */
-    a = malloc(2 * mlen * sizeof(unsigned short));
-    b = malloc(2 * mlen * sizeof(unsigned short));
-    for (i = 0; i < 2*mlen; i++) a[i] = 0;
-    a[2*mlen-1] = 1;
+    a = snewn(2 * mlen, BignumInt);
+    b = snewn(2 * mlen, BignumInt);
+    for (i = 0; i < 2 * mlen; i++)
+       a[i] = 0;
+    a[2 * mlen - 1] = 1;
+
+    /* Scratch space for multiplies */
+    scratchlen = mul_compute_scratch(mlen);
+    scratch = snewn(scratchlen, BignumInt);
 
     /* Skip leading zero bits of exp. */
-    i = 0; j = 15;
-    while (i < exp[0] && (exp[exp[0] - i] & (1 << j)) == 0) {
+    i = 0;
+    j = BIGNUM_INT_BITS-1;
+    while (i < (int)exp[0] && (exp[exp[0] - i] & (1 << j)) == 0) {
        j--;
-       if (j < 0) { i++; j = 15; }
+       if (j < 0) {
+           i++;
+           j = BIGNUM_INT_BITS-1;
+       }
     }
 
     /* Main computation */
-    while (i < exp[0]) {
+    while (i < (int)exp[0]) {
        while (j >= 0) {
-           internal_mul(a + mlen, a + mlen, b, mlen);
-           internal_mod(b, mlen*2, m, mlen, NULL, 0);
+           internal_mul(a + mlen, a + mlen, b, mlen, scratch);
+           internal_mod(b, mlen * 2, m, mlen, NULL, 0);
            if ((exp[exp[0] - i] & (1 << j)) != 0) {
-               internal_mul(b + mlen, n, a, mlen);
-               internal_mod(a, mlen*2, m, mlen, NULL, 0);
+               internal_mul(b + mlen, n, a, mlen, scratch);
+               internal_mod(a, mlen * 2, m, mlen, NULL, 0);
            } else {
-               unsigned short *t;
-               t = a;  a = b;  b = t;
+               BignumInt *t;
+               t = a;
+               a = b;
+               b = t;
            }
            j--;
        }
-       i++; j = 15;
+       i++;
+       j = BIGNUM_INT_BITS-1;
     }
 
     /* Fixup result in case the modulus was shifted */
     if (mshift) {
-       for (i = mlen - 1; i < 2*mlen - 1; i++)
-           a[i] = (a[i] << mshift) | (a[i+1] >> (16-mshift));
-       a[2*mlen-1] = a[2*mlen-1] << mshift;
-       internal_mod(a, mlen*2, m, mlen, NULL, 0);
-       for (i = 2*mlen - 1; i >= mlen; i--)
-           a[i] = (a[i] >> mshift) | (a[i-1] << (16-mshift));
+       for (i = mlen - 1; i < 2 * mlen - 1; i++)
+           a[i] = (a[i] << mshift) | (a[i + 1] >> (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
+       a[2 * mlen - 1] = a[2 * mlen - 1] << mshift;
+       internal_mod(a, mlen * 2, m, mlen, NULL, 0);
+       for (i = 2 * mlen - 1; i >= mlen; i--)
+           a[i] = (a[i] >> mshift) | (a[i - 1] << (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
     }
 
     /* Copy result to buffer */
+    result = newbn(mod[0]);
     for (i = 0; i < mlen; i++)
-       result[result[0] - i] = a[i+mlen];
+       result[result[0] - i] = a[i + mlen];
+    while (result[0] > 1 && result[result[0]] == 0)
+       result[0]--;
 
     /* Free temporary arrays */
-    for (i = 0; i < 2*mlen; i++) a[i] = 0; free(a);
-    for (i = 0; i < 2*mlen; i++) b[i] = 0; free(b);
-    for (i = 0; i < mlen; i++) m[i] = 0; free(m);
-    for (i = 0; i < mlen; i++) n[i] = 0; free(n);
+    smemclr(a, 2 * mlen * sizeof(*a));
+    sfree(a);
+    smemclr(scratch, scratchlen * sizeof(*scratch));
+    sfree(scratch);
+    smemclr(b, 2 * mlen * sizeof(*b));
+    sfree(b);
+    smemclr(m, mlen * sizeof(*m));
+    sfree(m);
+    smemclr(n, mlen * sizeof(*n));
+    sfree(n);
+
+    freebn(base);
+
+    return result;
+}
+
+/*
+ * Compute (base ^ exp) % mod. Uses the Montgomery multiplication
+ * technique where possible, falling back to modpow_simple otherwise.
+ */
+Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
+{
+    BignumInt *a, *b, *x, *n, *mninv, *scratch;
+    int len, scratchlen, i, j;
+    Bignum base, base2, r, rn, inv, result;
+
+    /*
+     * The most significant word of mod needs to be non-zero. It
+     * should already be, but let's make sure.
+     */
+    assert(mod[mod[0]] != 0);
+
+    /*
+     * mod had better be odd, or we can't do Montgomery multiplication
+     * using a power of two at all.
+     */
+    if (!(mod[1] & 1))
+        return modpow_simple(base_in, exp, mod);
+
+    /*
+     * Make sure the base is smaller than the modulus, by reducing
+     * it modulo the modulus if not.
+     */
+    base = bigmod(base_in, mod);
+
+    /*
+     * Compute the inverse of n mod r, for monty_reduce. (In fact we
+     * want the inverse of _minus_ n mod r, but we'll sort that out
+     * below.)
+     */
+    len = mod[0];
+    r = bn_power_2(BIGNUM_INT_BITS * len);
+    inv = modinv(mod, r);
+    assert(inv); /* cannot fail, since mod is odd and r is a power of 2 */
+
+    /*
+     * Multiply the base by r mod n, to get it into Montgomery
+     * representation.
+     */
+    base2 = modmul(base, r, mod);
+    freebn(base);
+    base = base2;
+
+    rn = bigmod(r, mod);               /* r mod n, i.e. Montgomerified 1 */
+
+    freebn(r);                         /* won't need this any more */
+
+    /*
+     * Set up internal arrays of the right lengths, in big-endian
+     * format, containing the base, the modulus, and the modulus's
+     * inverse.
+     */
+    n = snewn(len, BignumInt);
+    for (j = 0; j < len; j++)
+       n[len - 1 - j] = mod[j + 1];
+
+    mninv = snewn(len, BignumInt);
+    for (j = 0; j < len; j++)
+       mninv[len - 1 - j] = (j < (int)inv[0] ? inv[j + 1] : 0);
+    freebn(inv);         /* we don't need this copy of it any more */
+    /* Now negate mninv mod r, so it's the inverse of -n rather than +n. */
+    x = snewn(len, BignumInt);
+    for (j = 0; j < len; j++)
+        x[j] = 0;
+    internal_sub(x, mninv, mninv, len);
+
+    /* x = snewn(len, BignumInt); */ /* already done above */
+    for (j = 0; j < len; j++)
+       x[len - 1 - j] = (j < (int)base[0] ? base[j + 1] : 0);
+    freebn(base);        /* we don't need this copy of it any more */
+
+    a = snewn(2*len, BignumInt);
+    b = snewn(2*len, BignumInt);
+    for (j = 0; j < len; j++)
+       a[2*len - 1 - j] = (j < (int)rn[0] ? rn[j + 1] : 0);
+    freebn(rn);
+
+    /* Scratch space for multiplies */
+    scratchlen = 3*len + mul_compute_scratch(len);
+    scratch = snewn(scratchlen, BignumInt);
+
+    /* Skip leading zero bits of exp. */
+    i = 0;
+    j = BIGNUM_INT_BITS-1;
+    while (i < (int)exp[0] && (exp[exp[0] - i] & (1 << j)) == 0) {
+       j--;
+       if (j < 0) {
+           i++;
+           j = BIGNUM_INT_BITS-1;
+       }
+    }
+
+    /* Main computation */
+    while (i < (int)exp[0]) {
+       while (j >= 0) {
+           internal_mul(a + len, a + len, b, len, scratch);
+            monty_reduce(b, n, mninv, scratch, len);
+           if ((exp[exp[0] - i] & (1 << j)) != 0) {
+                internal_mul(b + len, x, a, len,  scratch);
+                monty_reduce(a, n, mninv, scratch, len);
+           } else {
+               BignumInt *t;
+               t = a;
+               a = b;
+               b = t;
+           }
+           j--;
+       }
+       i++;
+       j = BIGNUM_INT_BITS-1;
+    }
+
+    /*
+     * Final monty_reduce to get back from the adjusted Montgomery
+     * representation.
+     */
+    monty_reduce(a, n, mninv, scratch, len);
+
+    /* Copy result to buffer */
+    result = newbn(mod[0]);
+    for (i = 0; i < len; i++)
+       result[result[0] - i] = a[i + len];
+    while (result[0] > 1 && result[result[0]] == 0)
+       result[0]--;
+
+    /* Free temporary arrays */
+    smemclr(scratch, scratchlen * sizeof(*scratch));
+    sfree(scratch);
+    smemclr(a, 2 * len * sizeof(*a));
+    sfree(a);
+    smemclr(b, 2 * len * sizeof(*b));
+    sfree(b);
+    smemclr(mninv, len * sizeof(*mninv));
+    sfree(mninv);
+    smemclr(n, len * sizeof(*n));
+    sfree(n);
+    smemclr(x, len * sizeof(*x));
+    sfree(x);
+
+    return result;
 }
 
 /*
@@ -253,104 +993,152 @@ void modpow(Bignum base, Bignum exp, Bignum mod, Bignum result)
  * The most significant word of mod MUST be non-zero.
  * We assume that the result array is the same size as the mod array.
  */
-void modmul(Bignum p, Bignum q, Bignum mod, Bignum result)
+Bignum modmul(Bignum p, Bignum q, Bignum mod)
 {
-    unsigned short *a, *n, *m, *o;
-    int mshift;
-    int pqlen, mlen, i, j;
+    BignumInt *a, *n, *m, *o, *scratch;
+    int mshift, scratchlen;
+    int pqlen, mlen, rlen, i, j;
+    Bignum result;
+
+    /*
+     * The most significant word of mod needs to be non-zero. It
+     * should already be, but let's make sure.
+     */
+    assert(mod[mod[0]] != 0);
 
     /* Allocate m of size mlen, copy mod to m */
     /* We use big endian internally */
     mlen = mod[0];
-    m = malloc(mlen * sizeof(unsigned short));
-    for (j = 0; j < mlen; j++) m[j] = mod[mod[0] - j];
+    m = snewn(mlen, BignumInt);
+    for (j = 0; j < mlen; j++)
+       m[j] = mod[mod[0] - j];
 
     /* Shift m left to make msb bit set */
-    for (mshift = 0; mshift < 15; mshift++)
-       if ((m[0] << mshift) & 0x8000) break;
+    for (mshift = 0; mshift < BIGNUM_INT_BITS-1; mshift++)
+       if ((m[0] << mshift) & BIGNUM_TOP_BIT)
+           break;
     if (mshift) {
        for (i = 0; i < mlen - 1; i++)
-           m[i] = (m[i] << mshift) | (m[i+1] >> (16-mshift));
-       m[mlen-1] = m[mlen-1] << mshift;
+           m[i] = (m[i] << mshift) | (m[i + 1] >> (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
+       m[mlen - 1] = m[mlen - 1] << mshift;
     }
 
     pqlen = (p[0] > q[0] ? p[0] : q[0]);
 
+    /*
+     * Make sure that we're allowing enough space. The shifting below
+     * will underflow the vectors we allocate if pqlen is too small.
+     */
+    if (2*pqlen <= mlen)
+        pqlen = mlen/2 + 1;
+
     /* Allocate n of size pqlen, copy p to n */
-    n = malloc(pqlen * sizeof(unsigned short));
+    n = snewn(pqlen, BignumInt);
     i = pqlen - p[0];
-    for (j = 0; j < i; j++) n[j] = 0;
-    for (j = 0; j < p[0]; j++) n[i+j] = p[p[0] - j];
+    for (j = 0; j < i; j++)
+       n[j] = 0;
+    for (j = 0; j < (int)p[0]; j++)
+       n[i + j] = p[p[0] - j];
 
     /* Allocate o of size pqlen, copy q to o */
-    o = malloc(pqlen * sizeof(unsigned short));
+    o = snewn(pqlen, BignumInt);
     i = pqlen - q[0];
-    for (j = 0; j < i; j++) o[j] = 0;
-    for (j = 0; j < q[0]; j++) o[i+j] = q[q[0] - j];
+    for (j = 0; j < i; j++)
+       o[j] = 0;
+    for (j = 0; j < (int)q[0]; j++)
+       o[i + j] = q[q[0] - j];
 
     /* Allocate a of size 2*pqlen for result */
-    a = malloc(2 * pqlen * sizeof(unsigned short));
+    a = snewn(2 * pqlen, BignumInt);
+
+    /* Scratch space for multiplies */
+    scratchlen = mul_compute_scratch(pqlen);
+    scratch = snewn(scratchlen, BignumInt);
 
     /* Main computation */
-    internal_mul(n, o, a, pqlen);
-    internal_mod(a, pqlen*2, m, mlen, NULL, 0);
+    internal_mul(n, o, a, pqlen, scratch);
+    internal_mod(a, pqlen * 2, m, mlen, NULL, 0);
 
     /* Fixup result in case the modulus was shifted */
     if (mshift) {
-       for (i = 2*pqlen - mlen - 1; i < 2*pqlen - 1; i++)
-           a[i] = (a[i] << mshift) | (a[i+1] >> (16-mshift));
-       a[2*pqlen-1] = a[2*pqlen-1] << mshift;
-       internal_mod(a, pqlen*2, m, mlen, NULL, 0);
-       for (i = 2*pqlen - 1; i >= 2*pqlen - mlen; i--)
-           a[i] = (a[i] >> mshift) | (a[i-1] << (16-mshift));
+       for (i = 2 * pqlen - mlen - 1; i < 2 * pqlen - 1; i++)
+           a[i] = (a[i] << mshift) | (a[i + 1] >> (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
+       a[2 * pqlen - 1] = a[2 * pqlen - 1] << mshift;
+       internal_mod(a, pqlen * 2, m, mlen, NULL, 0);
+       for (i = 2 * pqlen - 1; i >= 2 * pqlen - mlen; i--)
+           a[i] = (a[i] >> mshift) | (a[i - 1] << (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
     }
 
     /* Copy result to buffer */
-    for (i = 0; i < mlen; i++)
-       result[result[0] - i] = a[i+2*pqlen-mlen];
+    rlen = (mlen < pqlen * 2 ? mlen : pqlen * 2);
+    result = newbn(rlen);
+    for (i = 0; i < rlen; i++)
+       result[result[0] - i] = a[i + 2 * pqlen - rlen];
+    while (result[0] > 1 && result[result[0]] == 0)
+       result[0]--;
 
     /* Free temporary arrays */
-    for (i = 0; i < 2*pqlen; i++) a[i] = 0; free(a);
-    for (i = 0; i < mlen; i++) m[i] = 0; free(m);
-    for (i = 0; i < pqlen; i++) n[i] = 0; free(n);
-    for (i = 0; i < pqlen; i++) o[i] = 0; free(o);
+    smemclr(scratch, scratchlen * sizeof(*scratch));
+    sfree(scratch);
+    smemclr(a, 2 * pqlen * sizeof(*a));
+    sfree(a);
+    smemclr(m, mlen * sizeof(*m));
+    sfree(m);
+    smemclr(n, pqlen * sizeof(*n));
+    sfree(n);
+    smemclr(o, pqlen * sizeof(*o));
+    sfree(o);
+
+    return result;
 }
 
 /*
  * Compute p % mod.
  * The most significant word of mod MUST be non-zero.
  * We assume that the result array is the same size as the mod array.
- * We optionally write out a quotient.
+ * We optionally write out a quotient if `quotient' is non-NULL.
+ * We can avoid writing out the result if `result' is NULL.
  */
-void bigmod(Bignum p, Bignum mod, Bignum result, Bignum quotient)
+static void bigdivmod(Bignum p, Bignum mod, Bignum result, Bignum quotient)
 {
-    unsigned short *n, *m;
+    BignumInt *n, *m;
     int mshift;
     int plen, mlen, i, j;
 
+    /*
+     * The most significant word of mod needs to be non-zero. It
+     * should already be, but let's make sure.
+     */
+    assert(mod[mod[0]] != 0);
+
     /* Allocate m of size mlen, copy mod to m */
     /* We use big endian internally */
     mlen = mod[0];
-    m = malloc(mlen * sizeof(unsigned short));
-    for (j = 0; j < mlen; j++) m[j] = mod[mod[0] - j];
+    m = snewn(mlen, BignumInt);
+    for (j = 0; j < mlen; j++)
+       m[j] = mod[mod[0] - j];
 
     /* Shift m left to make msb bit set */
-    for (mshift = 0; mshift < 15; mshift++)
-       if ((m[0] << mshift) & 0x8000) break;
+    for (mshift = 0; mshift < BIGNUM_INT_BITS-1; mshift++)
+       if ((m[0] << mshift) & BIGNUM_TOP_BIT)
+           break;
     if (mshift) {
        for (i = 0; i < mlen - 1; i++)
-           m[i] = (m[i] << mshift) | (m[i+1] >> (16-mshift));
-       m[mlen-1] = m[mlen-1] << mshift;
+           m[i] = (m[i] << mshift) | (m[i + 1] >> (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
+       m[mlen - 1] = m[mlen - 1] << mshift;
     }
 
     plen = p[0];
     /* Ensure plen > mlen */
-    if (plen <= mlen) plen = mlen+1;
+    if (plen <= mlen)
+       plen = mlen + 1;
 
     /* Allocate n of size plen, copy p to n */
-    n = malloc(plen * sizeof(unsigned short));
-    for (j = 0; j < plen; j++) n[j] = 0;
-    for (j = 1; j <= p[0]; j++) n[plen-j] = p[j];
+    n = snewn(plen, BignumInt);
+    for (j = 0; j < plen; j++)
+       n[j] = 0;
+    for (j = 1; j <= (int)p[0]; j++)
+       n[plen - j] = p[j];
 
     /* Main computation */
     internal_mod(n, plen, m, mlen, quotient, mshift);
@@ -358,156 +1146,201 @@ void bigmod(Bignum p, Bignum mod, Bignum result, Bignum quotient)
     /* Fixup result in case the modulus was shifted */
     if (mshift) {
        for (i = plen - mlen - 1; i < plen - 1; i++)
-           n[i] = (n[i] << mshift) | (n[i+1] >> (16-mshift));
-       n[plen-1] = n[plen-1] << mshift;
+           n[i] = (n[i] << mshift) | (n[i + 1] >> (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
+       n[plen - 1] = n[plen - 1] << mshift;
        internal_mod(n, plen, m, mlen, quotient, 0);
        for (i = plen - 1; i >= plen - mlen; i--)
-           n[i] = (n[i] >> mshift) | (n[i-1] << (16-mshift));
+           n[i] = (n[i] >> mshift) | (n[i - 1] << (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
     }
 
     /* Copy result to buffer */
-    for (i = 1; i <= result[0]; i++) {
-        int j = plen-i;
-        result[i] = j>=0 ? n[j] : 0;
+    if (result) {
+       for (i = 1; i <= (int)result[0]; i++) {
+           int j = plen - i;
+           result[i] = j >= 0 ? n[j] : 0;
+       }
     }
 
     /* Free temporary arrays */
-    for (i = 0; i < mlen; i++) m[i] = 0; free(m);
-    for (i = 0; i < plen; i++) n[i] = 0; free(n);
+    smemclr(m, mlen * sizeof(*m));
+    sfree(m);
+    smemclr(n, plen * sizeof(*n));
+    sfree(n);
 }
 
 /*
  * Decrement a number.
  */
-void decbn(Bignum bn) {
+void decbn(Bignum bn)
+{
     int i = 1;
-    while (i < bn[0] && bn[i] == 0)
-        bn[i++] = 0xFFFF;
+    while (i < (int)bn[0] && bn[i] == 0)
+       bn[i++] = BIGNUM_INT_MASK;
     bn[i]--;
 }
 
+Bignum bignum_from_bytes(const unsigned char *data, int nbytes)
+{
+    Bignum result;
+    int w, i;
+
+    assert(nbytes >= 0 && nbytes < INT_MAX/8);
+
+    w = (nbytes + BIGNUM_INT_BYTES - 1) / BIGNUM_INT_BYTES; /* bytes->words */
+
+    result = newbn(w);
+    for (i = 1; i <= w; i++)
+       result[i] = 0;
+    for (i = nbytes; i--;) {
+       unsigned char byte = *data++;
+       result[1 + i / BIGNUM_INT_BYTES] |= byte << (8*i % BIGNUM_INT_BITS);
+    }
+
+    while (result[0] > 1 && result[result[0]] == 0)
+       result[0]--;
+    return result;
+}
+
 /*
- * Read an ssh1-format bignum from a data buffer. Return the number
- * of bytes consumed.
+ * Read an SSH-1-format bignum from a data buffer. Return the number
+ * of bytes consumed, or -1 if there wasn't enough data.
  */
-int ssh1_read_bignum(unsigned char *data, Bignum *result) {
-    unsigned char *p = data;
-    Bignum bn;
+int ssh1_read_bignum(const unsigned char *data, int len, Bignum * result)
+{
+    const unsigned char *p = data;
     int i;
     int w, b;
 
-    w = 0;
-    for (i=0; i<2; i++)
-        w = (w << 8) + *p++;
-
-    b = (w+7)/8;                       /* bits -> bytes */
-    w = (w+15)/16;                    /* bits -> words */
+    if (len < 2)
+       return -1;
 
-    if (!result)                       /* just return length */
-        return b + 2;
+    w = 0;
+    for (i = 0; i < 2; i++)
+       w = (w << 8) + *p++;
+    b = (w + 7) / 8;                  /* bits -> bytes */
 
-    bn = newbn(w);
+    if (len < b+2)
+       return -1;
 
-    for (i=1; i<=w; i++)
-        bn[i] = 0;
-    for (i=b; i-- ;) {
-        unsigned char byte = *p++;
-        if (i & 1)
-            bn[1+i/2] |= byte<<8;
-        else
-            bn[1+i/2] |= byte;
-    }
+    if (!result)                      /* just return length */
+       return b + 2;
 
-    *result = bn;
+    *result = bignum_from_bytes(p, b);
 
-    return p - data;
+    return p + b - data;
 }
 
 /*
- * Return the bit count of a bignum, for ssh1 encoding.
+ * Return the bit count of a bignum, for SSH-1 encoding.
  */
-int ssh1_bignum_bitcount(Bignum bn) {
-    int bitcount = bn[0] * 16 - 1;
-
-    while (bitcount >= 0 && (bn[bitcount/16+1] >> (bitcount % 16)) == 0)
-        bitcount--;
+int bignum_bitcount(Bignum bn)
+{
+    int bitcount = bn[0] * BIGNUM_INT_BITS - 1;
+    while (bitcount >= 0
+          && (bn[bitcount / BIGNUM_INT_BITS + 1] >> (bitcount % BIGNUM_INT_BITS)) == 0) bitcount--;
     return bitcount + 1;
 }
 
 /*
- * Return the byte length of a bignum when ssh1 encoded.
+ * Return the byte length of a bignum when SSH-1 encoded.
+ */
+int ssh1_bignum_length(Bignum bn)
+{
+    return 2 + (bignum_bitcount(bn) + 7) / 8;
+}
+
+/*
+ * Return the byte length of a bignum when SSH-2 encoded.
  */
-int ssh1_bignum_length(Bignum bn) {
-    return 2 + (ssh1_bignum_bitcount(bn)+7)/8;
+int ssh2_bignum_length(Bignum bn)
+{
+    return 4 + (bignum_bitcount(bn) + 8) / 8;
 }
 
 /*
  * Return a byte from a bignum; 0 is least significant, etc.
  */
-int bignum_byte(Bignum bn, int i) {
-    if (i >= 2*bn[0])
-        return 0;                      /* beyond the end */
-    else if (i & 1)
-        return (bn[i/2+1] >> 8) & 0xFF;
+int bignum_byte(Bignum bn, int i)
+{
+    if (i < 0 || i >= (int)(BIGNUM_INT_BYTES * bn[0]))
+       return 0;                      /* beyond the end */
     else
-        return (bn[i/2+1]     ) & 0xFF;
+       return (bn[i / BIGNUM_INT_BYTES + 1] >>
+               ((i % BIGNUM_INT_BYTES)*8)) & 0xFF;
 }
 
 /*
  * Return a bit from a bignum; 0 is least significant, etc.
  */
-int bignum_bit(Bignum bn, int i) {
-    if (i >= 16*bn[0])
-        return 0;                      /* beyond the end */
+int bignum_bit(Bignum bn, int i)
+{
+    if (i < 0 || i >= (int)(BIGNUM_INT_BITS * bn[0]))
+       return 0;                      /* beyond the end */
     else
-        return (bn[i/16+1] >> (i%16)) & 1;
+       return (bn[i / BIGNUM_INT_BITS + 1] >> (i % BIGNUM_INT_BITS)) & 1;
 }
 
 /*
  * Set a bit in a bignum; 0 is least significant, etc.
  */
-void bignum_set_bit(Bignum bn, int bitnum, int value) {
-    if (bitnum >= 16*bn[0])
-        abort();                       /* beyond the end */
+void bignum_set_bit(Bignum bn, int bitnum, int value)
+{
+    if (bitnum < 0 || bitnum >= (int)(BIGNUM_INT_BITS * bn[0]))
+       abort();                       /* beyond the end */
     else {
-        int v = bitnum/16+1;
-        int mask = 1 << (bitnum%16);
-        if (value)
-            bn[v] |= mask;
-        else
-            bn[v] &= ~mask;
+       int v = bitnum / BIGNUM_INT_BITS + 1;
+       int mask = 1 << (bitnum % BIGNUM_INT_BITS);
+       if (value)
+           bn[v] |= mask;
+       else
+           bn[v] &= ~mask;
     }
 }
 
 /*
- * Write a ssh1-format bignum into a buffer. It is assumed the
+ * Write a SSH-1-format bignum into a buffer. It is assumed the
  * buffer is big enough. Returns the number of bytes used.
  */
-int ssh1_write_bignum(void *data, Bignum bn) {
+int ssh1_write_bignum(void *data, Bignum bn)
+{
     unsigned char *p = data;
     int len = ssh1_bignum_length(bn);
     int i;
-    int bitc = ssh1_bignum_bitcount(bn);
+    int bitc = bignum_bitcount(bn);
 
     *p++ = (bitc >> 8) & 0xFF;
-    *p++ = (bitc     ) & 0xFF;
-    for (i = len-2; i-- ;)
-        *p++ = bignum_byte(bn, i);
+    *p++ = (bitc) & 0xFF;
+    for (i = len - 2; i--;)
+       *p++ = bignum_byte(bn, i);
     return len;
 }
 
 /*
  * Compare two bignums. Returns like strcmp.
  */
-int bignum_cmp(Bignum a, Bignum b) {
+int bignum_cmp(Bignum a, Bignum b)
+{
     int amax = a[0], bmax = b[0];
-    int i = (amax > bmax ? amax : bmax);
+    int i;
+
+    /* Annoyingly we have two representations of zero */
+    if (amax == 1 && a[amax] == 0)
+        amax = 0;
+    if (bmax == 1 && b[bmax] == 0)
+        bmax = 0;
+
+    assert(amax == 0 || a[amax] != 0);
+    assert(bmax == 0 || b[bmax] != 0);
+
+    i = (amax > bmax ? amax : bmax);
     while (i) {
-        unsigned short aval = (i > amax ? 0 : a[i]);
-        unsigned short bval = (i > bmax ? 0 : b[i]);
-        if (aval < bval) return -1;
-        if (aval > bval) return +1;
-        i--;
+       BignumInt aval = (i > amax ? 0 : a[i]);
+       BignumInt bval = (i > bmax ? 0 : b[i]);
+       if (aval < bval)
+           return -1;
+       if (aval > bval)
+           return +1;
+       i--;
     }
     return 0;
 }
@@ -515,25 +1348,28 @@ int bignum_cmp(Bignum a, Bignum b) {
 /*
  * Right-shift one bignum to form another.
  */
-Bignum bignum_rshift(Bignum a, int shift) {
+Bignum bignum_rshift(Bignum a, int shift)
+{
     Bignum ret;
     int i, shiftw, shiftb, shiftbb, bits;
-    unsigned short ai, ai1;
+    BignumInt ai, ai1;
 
-    bits = ssh1_bignum_bitcount(a) - shift;
-    ret = newbn((bits+15)/16);
+    assert(shift >= 0);
+
+    bits = bignum_bitcount(a) - shift;
+    ret = newbn((bits + BIGNUM_INT_BITS - 1) / BIGNUM_INT_BITS);
 
     if (ret) {
-        shiftw = shift / 16;
-        shiftb = shift % 16;
-        shiftbb = 16 - shiftb;
-
-        ai1 = a[shiftw+1];
-        for (i = 1; i <= ret[0]; i++) {
-            ai = ai1;
-            ai1 = (i+shiftw+1 <= a[0] ? a[i+shiftw+1] : 0);
-            ret[i] = ((ai >> shiftb) | (ai1 << shiftbb)) & 0xFFFF;
-        }
+       shiftw = shift / BIGNUM_INT_BITS;
+       shiftb = shift % BIGNUM_INT_BITS;
+       shiftbb = BIGNUM_INT_BITS - shiftb;
+
+       ai1 = a[shiftw + 1];
+       for (i = 1; i <= (int)ret[0]; i++) {
+           ai = ai1;
+           ai1 = (i + shiftw + 1 <= (int)a[0] ? a[i + shiftw + 1] : 0);
+           ret[i] = ((ai >> shiftb) | (ai1 << shiftbb)) & BIGNUM_INT_MASK;
+       }
     }
 
     return ret;
@@ -542,88 +1378,188 @@ Bignum bignum_rshift(Bignum a, int shift) {
 /*
  * Non-modular multiplication and addition.
  */
-Bignum bigmuladd(Bignum a, Bignum b, Bignum addend) {
+Bignum bigmuladd(Bignum a, Bignum b, Bignum addend)
+{
     int alen = a[0], blen = b[0];
     int mlen = (alen > blen ? alen : blen);
     int rlen, i, maxspot;
-    unsigned short *workspace;
+    int wslen;
+    BignumInt *workspace;
     Bignum ret;
 
-    /* mlen space for a, mlen space for b, 2*mlen for result */
-    workspace = malloc(mlen * 4 * sizeof(unsigned short));
+    /* mlen space for a, mlen space for b, 2*mlen for result,
+     * plus scratch space for multiplication */
+    wslen = mlen * 4 + mul_compute_scratch(mlen);
+    workspace = snewn(wslen, BignumInt);
     for (i = 0; i < mlen; i++) {
-        workspace[0*mlen + i] = (mlen-i <= a[0] ? a[mlen-i] : 0);
-        workspace[1*mlen + i] = (mlen-i <= b[0] ? b[mlen-i] : 0);
+       workspace[0 * mlen + i] = (mlen - i <= (int)a[0] ? a[mlen - i] : 0);
+       workspace[1 * mlen + i] = (mlen - i <= (int)b[0] ? b[mlen - i] : 0);
     }
 
-    internal_mul(workspace+0*mlen, workspace+1*mlen, workspace+2*mlen, mlen);
+    internal_mul(workspace + 0 * mlen, workspace + 1 * mlen,
+                workspace + 2 * mlen, mlen, workspace + 4 * mlen);
 
     /* now just copy the result back */
     rlen = alen + blen + 1;
-    if (addend && rlen <= addend[0])
-        rlen = addend[0] + 1;
+    if (addend && rlen <= (int)addend[0])
+       rlen = addend[0] + 1;
     ret = newbn(rlen);
     maxspot = 0;
-    for (i = 1; i <= ret[0]; i++) {
-        ret[i] = (i <= 2*mlen ? workspace[4*mlen - i] : 0);
-        if (ret[i] != 0)
-            maxspot = i;
+    for (i = 1; i <= (int)ret[0]; i++) {
+       ret[i] = (i <= 2 * mlen ? workspace[4 * mlen - i] : 0);
+       if (ret[i] != 0)
+           maxspot = i;
     }
     ret[0] = maxspot;
 
     /* now add in the addend, if any */
     if (addend) {
-        unsigned long carry = 0;
-        for (i = 1; i <= rlen; i++) {
-            carry += (i <= ret[0] ? ret[i] : 0);
-            carry += (i <= addend[0] ? addend[i] : 0);
-            ret[i] = carry & 0xFFFF;
-            carry >>= 16;
-            if (ret[i] != 0 && i > maxspot)
-                maxspot = i;
-        }
+       BignumDblInt carry = 0;
+       for (i = 1; i <= rlen; i++) {
+           carry += (i <= (int)ret[0] ? ret[i] : 0);
+           carry += (i <= (int)addend[0] ? addend[i] : 0);
+           ret[i] = (BignumInt) carry & BIGNUM_INT_MASK;
+           carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+           if (ret[i] != 0 && i > maxspot)
+               maxspot = i;
+       }
     }
     ret[0] = maxspot;
 
+    smemclr(workspace, wslen * sizeof(*workspace));
+    sfree(workspace);
     return ret;
 }
 
 /*
  * Non-modular multiplication.
  */
-Bignum bigmul(Bignum a, Bignum b) {
+Bignum bigmul(Bignum a, Bignum b)
+{
     return bigmuladd(a, b, NULL);
 }
 
 /*
- * Convert a (max 16-bit) short into a bignum.
+ * Simple addition.
+ */
+Bignum bigadd(Bignum a, Bignum b)
+{
+    int alen = a[0], blen = b[0];
+    int rlen = (alen > blen ? alen : blen) + 1;
+    int i, maxspot;
+    Bignum ret;
+    BignumDblInt carry;
+
+    ret = newbn(rlen);
+
+    carry = 0;
+    maxspot = 0;
+    for (i = 1; i <= rlen; i++) {
+        carry += (i <= (int)a[0] ? a[i] : 0);
+        carry += (i <= (int)b[0] ? b[i] : 0);
+        ret[i] = (BignumInt) carry & BIGNUM_INT_MASK;
+        carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+        if (ret[i] != 0 && i > maxspot)
+            maxspot = i;
+    }
+    ret[0] = maxspot;
+
+    return ret;
+}
+
+/*
+ * Subtraction. Returns a-b, or NULL if the result would come out
+ * negative (recall that this entire bignum module only handles
+ * positive numbers).
  */
-Bignum bignum_from_short(unsigned short n) {
+Bignum bigsub(Bignum a, Bignum b)
+{
+    int alen = a[0], blen = b[0];
+    int rlen = (alen > blen ? alen : blen);
+    int i, maxspot;
     Bignum ret;
+    BignumDblInt carry;
+
+    ret = newbn(rlen);
+
+    carry = 1;
+    maxspot = 0;
+    for (i = 1; i <= rlen; i++) {
+        carry += (i <= (int)a[0] ? a[i] : 0);
+        carry += (i <= (int)b[0] ? b[i] ^ BIGNUM_INT_MASK : BIGNUM_INT_MASK);
+        ret[i] = (BignumInt) carry & BIGNUM_INT_MASK;
+        carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+        if (ret[i] != 0 && i > maxspot)
+            maxspot = i;
+    }
+    ret[0] = maxspot;
+
+    if (!carry) {
+        freebn(ret);
+        return NULL;
+    }
 
-    ret = newbn(2);
-    ret[1] = n & 0xFFFF;
-    ret[2] = (n >> 16) & 0xFFFF;
-    ret[0] = (ret[2] ? 2 : 1);
-    return ret;        
+    return ret;
+}
+
+/*
+ * Create a bignum which is the bitmask covering another one. That
+ * is, the smallest integer which is >= N and is also one less than
+ * a power of two.
+ */
+Bignum bignum_bitmask(Bignum n)
+{
+    Bignum ret = copybn(n);
+    int i;
+    BignumInt j;
+
+    i = ret[0];
+    while (n[i] == 0 && i > 0)
+       i--;
+    if (i <= 0)
+       return ret;                    /* input was zero */
+    j = 1;
+    while (j < n[i])
+       j = 2 * j + 1;
+    ret[i] = j;
+    while (--i > 0)
+       ret[i] = BIGNUM_INT_MASK;
+    return ret;
+}
+
+/*
+ * Convert a (max 32-bit) long into a bignum.
+ */
+Bignum bignum_from_long(unsigned long nn)
+{
+    Bignum ret;
+    BignumDblInt n = nn;
+
+    ret = newbn(3);
+    ret[1] = (BignumInt)(n & BIGNUM_INT_MASK);
+    ret[2] = (BignumInt)((n >> BIGNUM_INT_BITS) & BIGNUM_INT_MASK);
+    ret[3] = 0;
+    ret[0] = (ret[2]  ? 2 : 1);
+    return ret;
 }
 
 /*
  * Add a long to a bignum.
  */
-Bignum bignum_add_long(Bignum number, unsigned long addend) {
-    Bignum ret = newbn(number[0]+1);
+Bignum bignum_add_long(Bignum number, unsigned long addendx)
+{
+    Bignum ret = newbn(number[0] + 1);
     int i, maxspot = 0;
-    unsigned long carry = 0;
-
-    for (i = 1; i <= ret[0]; i++) {
-        carry += addend & 0xFFFF;
-        carry += (i <= number[0] ? number[i] : 0);
-        addend >>= 16;
-        ret[i] = carry & 0xFFFF;
-        carry >>= 16;
-        if (ret[i] != 0)
-            maxspot = i;
+    BignumDblInt carry = 0, addend = addendx;
+
+    for (i = 1; i <= (int)ret[0]; i++) {
+       carry += addend & BIGNUM_INT_MASK;
+       carry += (i <= (int)number[0] ? number[i] : 0);
+       addend >>= BIGNUM_INT_BITS;
+       ret[i] = (BignumInt) carry & BIGNUM_INT_MASK;
+       carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+       if (ret[i] != 0)
+           maxspot = i;
     }
     ret[0] = maxspot;
     return ret;
@@ -632,50 +1568,77 @@ Bignum bignum_add_long(Bignum number, unsigned long addend) {
 /*
  * Compute the residue of a bignum, modulo a (max 16-bit) short.
  */
-unsigned short bignum_mod_short(Bignum number, unsigned short modulus) {
-    Bignum ret;
-    unsigned long mod, r;
+unsigned short bignum_mod_short(Bignum number, unsigned short modulus)
+{
+    BignumDblInt mod, r;
     int i;
 
     r = 0;
     mod = modulus;
     for (i = number[0]; i > 0; i--)
-        r = (r * 65536 + number[i]) % mod;
-    return r;
+       r = (r * (BIGNUM_TOP_BIT % mod) * 2 + number[i] % mod) % mod;
+    return (unsigned short) r;
 }
 
-static void diagbn(char *prefix, Bignum md) {
+#ifdef DEBUG
+void diagbn(char *prefix, Bignum md)
+{
     int i, nibbles, morenibbles;
     static const char hex[] = "0123456789ABCDEF";
 
-    printf("%s0x", prefix ? prefix : "");
+    debug(("%s0x", prefix ? prefix : ""));
 
-    nibbles = (3 + ssh1_bignum_bitcount(md))/4; if (nibbles<1) nibbles=1;
-    morenibbles = 4*md[0] - nibbles;
-    for (i=0; i<morenibbles; i++) putchar('-');
-    for (i=nibbles; i-- ;)
-        putchar(hex[(bignum_byte(md, i/2) >> (4*(i%2))) & 0xF]);
+    nibbles = (3 + bignum_bitcount(md)) / 4;
+    if (nibbles < 1)
+       nibbles = 1;
+    morenibbles = 4 * md[0] - nibbles;
+    for (i = 0; i < morenibbles; i++)
+       debug(("-"));
+    for (i = nibbles; i--;)
+       debug(("%c",
+              hex[(bignum_byte(md, i / 2) >> (4 * (i % 2))) & 0xF]));
+
+    if (prefix)
+       debug(("\n"));
+}
+#endif
+
+/*
+ * Simple division.
+ */
+Bignum bigdiv(Bignum a, Bignum b)
+{
+    Bignum q = newbn(a[0]);
+    bigdivmod(a, b, NULL, q);
+    return q;
+}
 
-    if (prefix) putchar('\n');
+/*
+ * Simple remainder.
+ */
+Bignum bigmod(Bignum a, Bignum b)
+{
+    Bignum r = newbn(b[0]);
+    bigdivmod(a, b, r, NULL);
+    return r;
 }
 
 /*
  * Greatest common divisor.
  */
-Bignum biggcd(Bignum av, Bignum bv) {
+Bignum biggcd(Bignum av, Bignum bv)
+{
     Bignum a = copybn(av);
     Bignum b = copybn(bv);
 
-    diagbn("a = ", a);
-    diagbn("b = ", b);
     while (bignum_cmp(b, Zero) != 0) {
-        Bignum t = newbn(b[0]);
-        bigmod(a, b, t, NULL);
-        diagbn("t = ", t);
-        while (t[0] > 1 && t[t[0]] == 0) t[0]--;
-        freebn(a);
-        a = b;
-        b = t;
+       Bignum t = newbn(b[0]);
+       bigdivmod(a, b, t, NULL);
+       while (t[0] > 1 && t[t[0]] == 0)
+           t[0]--;
+       freebn(a);
+       a = b;
+       b = t;
     }
 
     freebn(b);
@@ -685,26 +1648,46 @@ Bignum biggcd(Bignum av, Bignum bv) {
 /*
  * Modular inverse, using Euclid's extended algorithm.
  */
-Bignum modinv(Bignum number, Bignum modulus) {
+Bignum modinv(Bignum number, Bignum modulus)
+{
     Bignum a = copybn(modulus);
     Bignum b = copybn(number);
     Bignum xp = copybn(Zero);
     Bignum x = copybn(One);
     int sign = +1;
 
+    assert(number[number[0]] != 0);
+    assert(modulus[modulus[0]] != 0);
+
     while (bignum_cmp(b, One) != 0) {
-        Bignum t = newbn(b[0]);
-        Bignum q = newbn(a[0]);
-        bigmod(a, b, t, q);
-        while (t[0] > 1 && t[t[0]] == 0) t[0]--;
-        freebn(a);
-        a = b;
-        b = t;
-        t = xp;
-        xp = x;
-        x = bigmuladd(q, xp, t);
-        sign = -sign;
-        freebn(t);
+       Bignum t, q;
+
+        if (bignum_cmp(b, Zero) == 0) {
+            /*
+             * Found a common factor between the inputs, so we cannot
+             * return a modular inverse at all.
+             */
+            freebn(b);
+            freebn(a);
+            freebn(xp);
+            freebn(x);
+            return NULL;
+        }
+
+        t = newbn(b[0]);
+       q = newbn(a[0]);
+       bigdivmod(a, b, t, q);
+       while (t[0] > 1 && t[t[0]] == 0)
+           t[0]--;
+       freebn(a);
+       a = b;
+       b = t;
+       t = xp;
+       xp = x;
+       x = bigmuladd(q, xp, t);
+       sign = -sign;
+       freebn(t);
+       freebn(q);
     }
 
     freebn(b);
@@ -713,26 +1696,306 @@ Bignum modinv(Bignum number, Bignum modulus) {
 
     /* now we know that sign * x == 1, and that x < modulus */
     if (sign < 0) {
-        /* set a new x to be modulus - x */
-        Bignum newx = newbn(modulus[0]);
-        unsigned short carry = 0;
-        int maxspot = 1;
-        int i;
-
-        for (i = 1; i <= newx[0]; i++) {
-            unsigned short aword = (i <= modulus[0] ? modulus[i] : 0);
-            unsigned short bword = (i <= x[0] ? x[i] : 0);
-            newx[i] = aword - bword - carry;
-            bword = ~bword;
-            carry = carry ? (newx[i] >= bword) : (newx[i] > bword);
-            if (newx[i] != 0)
-                maxspot = i;
-        }
-        newx[0] = maxspot;
-        freebn(x);
-        x = newx;
+       /* set a new x to be modulus - x */
+       Bignum newx = newbn(modulus[0]);
+       BignumInt carry = 0;
+       int maxspot = 1;
+       int i;
+
+       for (i = 1; i <= (int)newx[0]; i++) {
+           BignumInt aword = (i <= (int)modulus[0] ? modulus[i] : 0);
+           BignumInt bword = (i <= (int)x[0] ? x[i] : 0);
+           newx[i] = aword - bword - carry;
+           bword = ~bword;
+           carry = carry ? (newx[i] >= bword) : (newx[i] > bword);
+           if (newx[i] != 0)
+               maxspot = i;
+       }
+       newx[0] = maxspot;
+       freebn(x);
+       x = newx;
     }
 
     /* and return. */
     return x;
 }
+
+/*
+ * Render a bignum into decimal. Return a malloced string holding
+ * the decimal representation.
+ */
+char *bignum_decimal(Bignum x)
+{
+    int ndigits, ndigit;
+    int i, iszero;
+    BignumDblInt carry;
+    char *ret;
+    BignumInt *workspace;
+
+    /*
+     * First, estimate the number of digits. Since log(10)/log(2)
+     * is just greater than 93/28 (the joys of continued fraction
+     * approximations...) we know that for every 93 bits, we need
+     * at most 28 digits. This will tell us how much to malloc.
+     *
+     * Formally: if x has i bits, that means x is strictly less
+     * than 2^i. Since 2 is less than 10^(28/93), this is less than
+     * 10^(28i/93). We need an integer power of ten, so we must
+     * round up (rounding down might make it less than x again).
+     * Therefore if we multiply the bit count by 28/93, rounding
+     * up, we will have enough digits.
+     *
+     * i=0 (i.e., x=0) is an irritating special case.
+     */
+    i = bignum_bitcount(x);
+    if (!i)
+       ndigits = 1;                   /* x = 0 */
+    else
+       ndigits = (28 * i + 92) / 93;  /* multiply by 28/93 and round up */
+    ndigits++;                        /* allow for trailing \0 */
+    ret = snewn(ndigits, char);
+
+    /*
+     * Now allocate some workspace to hold the binary form as we
+     * repeatedly divide it by ten. Initialise this to the
+     * big-endian form of the number.
+     */
+    workspace = snewn(x[0], BignumInt);
+    for (i = 0; i < (int)x[0]; i++)
+       workspace[i] = x[x[0] - i];
+
+    /*
+     * Next, write the decimal number starting with the last digit.
+     * We use ordinary short division, dividing 10 into the
+     * workspace.
+     */
+    ndigit = ndigits - 1;
+    ret[ndigit] = '\0';
+    do {
+       iszero = 1;
+       carry = 0;
+       for (i = 0; i < (int)x[0]; i++) {
+           carry = (carry << BIGNUM_INT_BITS) + workspace[i];
+           workspace[i] = (BignumInt) (carry / 10);
+           if (workspace[i])
+               iszero = 0;
+           carry %= 10;
+       }
+       ret[--ndigit] = (char) (carry + '0');
+    } while (!iszero);
+
+    /*
+     * There's a chance we've fallen short of the start of the
+     * string. Correct if so.
+     */
+    if (ndigit > 0)
+       memmove(ret, ret + ndigit, ndigits - ndigit);
+
+    /*
+     * Done.
+     */
+    smemclr(workspace, x[0] * sizeof(*workspace));
+    sfree(workspace);
+    return ret;
+}
+
+#ifdef TESTBN
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <ctype.h>
+
+/*
+ * gcc -Wall -g -O0 -DTESTBN -o testbn sshbn.c misc.c conf.c tree234.c unix/uxmisc.c -I. -I unix -I charset
+ *
+ * Then feed to this program's standard input the output of
+ * testdata/bignum.py .
+ */
+
+void modalfatalbox(char *p, ...)
+{
+    va_list ap;
+    fprintf(stderr, "FATAL ERROR: ");
+    va_start(ap, p);
+    vfprintf(stderr, p, ap);
+    va_end(ap);
+    fputc('\n', stderr);
+    exit(1);
+}
+
+#define fromxdigit(c) ( (c)>'9' ? ((c)&0xDF) - 'A' + 10 : (c) - '0' )
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    char *buf;
+    int line = 0;
+    int passes = 0, fails = 0;
+
+    while ((buf = fgetline(stdin)) != NULL) {
+        int maxlen = strlen(buf);
+        unsigned char *data = snewn(maxlen, unsigned char);
+        unsigned char *ptrs[5], *q;
+        int ptrnum;
+        char *bufp = buf;
+
+        line++;
+
+        q = data;
+        ptrnum = 0;
+
+        while (*bufp && !isspace((unsigned char)*bufp))
+            bufp++;
+        if (bufp)
+            *bufp++ = '\0';
+
+        while (*bufp) {
+            char *start, *end;
+            int i;
+
+            while (*bufp && !isxdigit((unsigned char)*bufp))
+                bufp++;
+            start = bufp;
+
+            if (!*bufp)
+                break;
+
+            while (*bufp && isxdigit((unsigned char)*bufp))
+                bufp++;
+            end = bufp;
+
+            if (ptrnum >= lenof(ptrs))
+                break;
+            ptrs[ptrnum++] = q;
+            
+            for (i = -((end - start) & 1); i < end-start; i += 2) {
+                unsigned char val = (i < 0 ? 0 : fromxdigit(start[i]));
+                val = val * 16 + fromxdigit(start[i+1]);
+                *q++ = val;
+            }
+
+            ptrs[ptrnum] = q;
+        }
+
+        if (!strcmp(buf, "mul")) {
+            Bignum a, b, c, p;
+
+            if (ptrnum != 3) {
+                printf("%d: mul with %d parameters, expected 3\n", line, ptrnum);
+                exit(1);
+            }
+            a = bignum_from_bytes(ptrs[0], ptrs[1]-ptrs[0]);
+            b = bignum_from_bytes(ptrs[1], ptrs[2]-ptrs[1]);
+            c = bignum_from_bytes(ptrs[2], ptrs[3]-ptrs[2]);
+            p = bigmul(a, b);
+
+            if (bignum_cmp(c, p) == 0) {
+                passes++;
+            } else {
+                char *as = bignum_decimal(a);
+                char *bs = bignum_decimal(b);
+                char *cs = bignum_decimal(c);
+                char *ps = bignum_decimal(p);
+                
+                printf("%d: fail: %s * %s gave %s expected %s\n",
+                       line, as, bs, ps, cs);
+                fails++;
+
+                sfree(as);
+                sfree(bs);
+                sfree(cs);
+                sfree(ps);
+            }
+            freebn(a);
+            freebn(b);
+            freebn(c);
+            freebn(p);
+        } else if (!strcmp(buf, "modmul")) {
+            Bignum a, b, m, c, p;
+
+            if (ptrnum != 4) {
+                printf("%d: modmul with %d parameters, expected 4\n",
+                       line, ptrnum);
+                exit(1);
+            }
+            a = bignum_from_bytes(ptrs[0], ptrs[1]-ptrs[0]);
+            b = bignum_from_bytes(ptrs[1], ptrs[2]-ptrs[1]);
+            m = bignum_from_bytes(ptrs[2], ptrs[3]-ptrs[2]);
+            c = bignum_from_bytes(ptrs[3], ptrs[4]-ptrs[3]);
+            p = modmul(a, b, m);
+
+            if (bignum_cmp(c, p) == 0) {
+                passes++;
+            } else {
+                char *as = bignum_decimal(a);
+                char *bs = bignum_decimal(b);
+                char *ms = bignum_decimal(m);
+                char *cs = bignum_decimal(c);
+                char *ps = bignum_decimal(p);
+                
+                printf("%d: fail: %s * %s mod %s gave %s expected %s\n",
+                       line, as, bs, ms, ps, cs);
+                fails++;
+
+                sfree(as);
+                sfree(bs);
+                sfree(ms);
+                sfree(cs);
+                sfree(ps);
+            }
+            freebn(a);
+            freebn(b);
+            freebn(m);
+            freebn(c);
+            freebn(p);
+        } else if (!strcmp(buf, "pow")) {
+            Bignum base, expt, modulus, expected, answer;
+
+            if (ptrnum != 4) {
+                printf("%d: mul with %d parameters, expected 4\n", line, ptrnum);
+                exit(1);
+            }
+
+            base = bignum_from_bytes(ptrs[0], ptrs[1]-ptrs[0]);
+            expt = bignum_from_bytes(ptrs[1], ptrs[2]-ptrs[1]);
+            modulus = bignum_from_bytes(ptrs[2], ptrs[3]-ptrs[2]);
+            expected = bignum_from_bytes(ptrs[3], ptrs[4]-ptrs[3]);
+            answer = modpow(base, expt, modulus);
+
+            if (bignum_cmp(expected, answer) == 0) {
+                passes++;
+            } else {
+                char *as = bignum_decimal(base);
+                char *bs = bignum_decimal(expt);
+                char *cs = bignum_decimal(modulus);
+                char *ds = bignum_decimal(answer);
+                char *ps = bignum_decimal(expected);
+                
+                printf("%d: fail: %s ^ %s mod %s gave %s expected %s\n",
+                       line, as, bs, cs, ds, ps);
+                fails++;
+
+                sfree(as);
+                sfree(bs);
+                sfree(cs);
+                sfree(ds);
+                sfree(ps);
+            }
+            freebn(base);
+            freebn(expt);
+            freebn(modulus);
+            freebn(expected);
+            freebn(answer);
+        } else {
+            printf("%d: unrecognised test keyword: '%s'\n", line, buf);
+            exit(1);
+        }
+
+        sfree(buf);
+        sfree(data);
+    }
+
+    printf("passed %d failed %d total %d\n", passes, fails, passes+fails);
+    return fails != 0;
+}
+
+#endif