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 7368a43..a5e0552 100644 (file)
--- a/sshbn.c
+++ b/sshbn.c
@@ -6,6 +6,7 @@
 #include <assert.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
+#include <limits.h>
 
 #include "misc.h"
 
@@ -120,7 +121,11 @@ Bignum Zero = bnZero, One = bnOne;
 
 static Bignum newbn(int length)
 {
-    Bignum b = snewn(length + 1, BignumInt);
+    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));
@@ -148,13 +153,17 @@ void freebn(Bignum b)
     /*
      * Burn the evidence, just in case.
      */
-    memset(b, 0, sizeof(b[0]) * (b[0] + 1));
+    smemclr(b, sizeof(b[0]) * (b[0] + 1));
     sfree(b);
 }
 
 Bignum bn_power_2(int n)
 {
-    Bignum ret = newbn(n / BIGNUM_INT_BITS + 1);
+    Bignum ret;
+
+    assert(n >= 0);
+
+    ret = newbn(n / BIGNUM_INT_BITS + 1);
     bignum_set_bit(ret, n, 1);
     return ret;
 }
@@ -201,15 +210,28 @@ static void internal_sub(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
  * 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.)
  */
 #define KARATSUBA_THRESHOLD 50
+static int mul_compute_scratch(int len)
+{
+    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 *c, int len, BignumInt *scratch)
 {
-    int i, j;
-    BignumDblInt t;
-
     if (len > KARATSUBA_THRESHOLD) {
+        int i;
 
         /*
          * Karatsuba divide-and-conquer algorithm. Cut each input in
@@ -245,8 +267,10 @@ static void internal_mul(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
 
         int toplen = len/2, botlen = len - toplen; /* botlen is the bigger */
         int midlen = botlen + 1;
-        BignumInt *scratch;
         BignumDblInt carry;
+#ifdef KARA_DEBUG
+        int i;
+#endif
 
         /*
          * The coefficients a_1 b_1 and a_0 b_0 just avoid overlapping
@@ -254,41 +278,83 @@ static void internal_mul(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
          * 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);
+        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);
-
-        /*
-         * We must allocate scratch space for the central coefficient,
-         * and also for the two input values that we multiply when
-         * computing it. Since either or both may carry into the
-         * (botlen+1)th word, we must use a slightly longer length
-         * 'midlen'.
-         */
-        scratch = snewn(4 * midlen, BignumInt);
+        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
 
         /* 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 (j = 0; j < toplen; j++) {
-            scratch[midlen - toplen + j] = a[j]; /* a_1 */
-            scratch[2*midlen - toplen + j] = b[j]; /* b_1 */
+        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);
+        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
@@ -296,13 +362,27 @@ static void internal_mul(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
          * product to obtain the middle one.
          */
         scratch[0] = scratch[1] = scratch[2] = scratch[3] = 0;
-        for (j = 0; j < 2*toplen; j++)
-            scratch[2*midlen - 2*toplen + j] = c[j];
+        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
@@ -313,37 +393,44 @@ static void internal_mul(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
         carry = internal_add(c + 2*len - botlen - 2*midlen,
                              scratch + 2*midlen,
                              c + 2*len - botlen - 2*midlen, 2*midlen);
-        j = 2*len - botlen - 2*midlen - 1;
+        i = 2*len - botlen - 2*midlen - 1;
         while (carry) {
-            assert(j >= 0);
-            carry += c[j];
-            c[j] = (BignumInt)carry;
+            assert(i >= 0);
+            carry += c[i];
+            c[i] = (BignumInt)carry;
             carry >>= BIGNUM_INT_BITS;
+            i--;
         }
-
-        /* Free scratch. */
-        for (j = 0; j < 4 * midlen; j++)
-            scratch[j] = 0;
-        sfree(scratch);
+#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 (j = 0; j < 2 * len; j++)
-            c[j] = 0;
+        for (i = 0; i < 2 * len; i++)
+            c[i] = 0;
 
-        for (i = len - 1; i >= 0; i--) {
-            t = 0;
-            for (j = len - 1; j >= 0; j--) {
-                t += MUL_WORD(a[i], (BignumDblInt) b[j]);
-                t += (BignumDblInt) c[i + j + 1];
-                c[i + j + 1] = (BignumInt) t;
-                t = t >> BIGNUM_INT_BITS;
+        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);
             }
-            c[i] = (BignumInt) t;
+            *cp = carry;
         }
     }
 }
@@ -354,12 +441,10 @@ static void internal_mul(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
  * (everything above that is thrown away).
  */
 static void internal_mul_low(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
-                             BignumInt *c, int len)
+                             BignumInt *c, int len, BignumInt *scratch)
 {
-    int i, j;
-    BignumDblInt t;
-
     if (len > KARATSUBA_THRESHOLD) {
+        int i;
 
         /*
          * Karatsuba-aware version of internal_mul_low. As before, we
@@ -394,29 +479,30 @@ static void internal_mul_low(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
          */
 
         int toplen = len/2, botlen = len - toplen; /* botlen is the bigger */
-        BignumInt *scratch;
 
         /*
-         * Allocate 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.
+         * 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.
          */
-        scratch = snewn(len*2, BignumInt);
 
         /* a_0 b_0 */
-        internal_mul(a + toplen, b + toplen, scratch + 2*toplen, botlen);
+        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);
+        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);
+        internal_mul_low(a + len - toplen, b, scratch, toplen,
+                         scratch + 2*len);
 
         /* Copy the bottom half of the big coefficient into place */
-        for (j = 0; j < botlen; j++)
-            c[toplen + j] = scratch[2*toplen + botlen + j];
+        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);
@@ -425,26 +511,28 @@ static void internal_mul_low(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
         internal_add(scratch, scratch + 2*toplen + botlen - toplen,
                      c, toplen);
 
-        /* Free scratch. */
-        for (j = 0; j < len*2; j++)
-            scratch[j] = 0;
-        sfree(scratch);
-
     } else {
+        int i;
+        BignumInt carry;
+        BignumDblInt t;
+        const BignumInt *ap, *bp;
+        BignumInt *cp, *cps;
 
-        for (j = 0; j < len; j++)
-            c[j] = 0;
+        /*
+         * Multiply in the ordinary O(N^2) way.
+         */
 
-        for (i = len - 1; i >= 0; i--) {
-            t = 0;
-            for (j = len - 1; j >= len - i - 1; j--) {
-                t += MUL_WORD(a[i], (BignumDblInt) b[j]);
-                t += (BignumDblInt) c[i + j + 1 - len];
-                c[i + j + 1 - len] = (BignumInt) t;
-                t = t >> BIGNUM_INT_BITS;
+        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);
             }
         }
-
     }
 }
 
@@ -459,8 +547,8 @@ static void internal_mul_low(const BignumInt *a, const BignumInt *b,
  * each, containing respectively n and the multiplicative inverse of
  * -n mod r.
  *
- * 'tmp' is an array of at least '3*len' BignumInts used as scratch
- * space.
+ * '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)
@@ -473,7 +561,7 @@ static void monty_reduce(BignumInt *x, const BignumInt *n,
      * 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);
+    internal_mul_low(x + len, mninv, tmp, len, tmp + 3*len);
 
     /*
      * Compute t = (mn+x)/r in ordinary, non-modular, integer
@@ -484,7 +572,7 @@ static void monty_reduce(BignumInt *x, const BignumInt *n,
      * significant half of the 'x' array, so then we must shift it
      * down.
      */
-    internal_mul(tmp, n, tmp+len, len);
+    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;
@@ -519,6 +607,7 @@ static void internal_add_shifted(BignumInt *number,
     addend = (BignumDblInt)n << bshift;
 
     while (addend) {
+        assert(word <= number[0]);
        addend += number[word];
        number[word] = (BignumInt) addend & BIGNUM_INT_MASK;
        addend >>= BIGNUM_INT_BITS;
@@ -545,6 +634,7 @@ static void internal_mod(BignumInt *a, int alen,
     int i, k;
 
     m0 = m[0];
+    assert(m0 >> (BIGNUM_INT_BITS-1) == 1);
     if (mlen > 1)
        m1 = m[1];
     else
@@ -630,14 +720,14 @@ static void internal_mod(BignumInt *a, int alen,
 }
 
 /*
- * Compute (base ^ exp) % mod. Uses the Montgomery multiplication
- * technique.
+ * Compute (base ^ exp) % mod, the pedestrian way.
  */
-Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
+Bignum modpow_simple(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
 {
-    BignumInt *a, *b, *x, *n, *mninv, *tmp;
-    int len, i, j;
-    Bignum base, base2, r, rn, inv, result;
+    BignumInt *a, *b, *n, *m, *scratch;
+    int mshift;
+    int mlen, scratchlen, i, j;
+    Bignum base, result;
 
     /*
      * The most significant word of mod needs to be non-zero. It
@@ -651,11 +741,135 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
      */
     base = bigmod(base_in, mod);
 
+    /* Allocate m of size mlen, copy mod to m */
+    /* We use big endian internally */
+    mlen = mod[0];
+    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 < 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] >> (BIGNUM_INT_BITS - mshift));
+       m[mlen - 1] = m[mlen - 1] << mshift;
+    }
+
+    /* Allocate n of size mlen, copy base to n */
+    n = snewn(mlen, BignumInt);
+    i = mlen - base[0];
+    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 = 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 = 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 + 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, scratch);
+               internal_mod(a, mlen * 2, m, mlen, NULL, 0);
+           } else {
+               BignumInt *t;
+               t = a;
+               a = b;
+               b = t;
+           }
+           j--;
+       }
+       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] >> (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];
+    while (result[0] > 1 && result[result[0]] == 0)
+       result[0]--;
+
+    /* Free temporary arrays */
+    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.
      */
-    assert(mod[1] & 1);
+    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
@@ -665,6 +879,7 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
     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
@@ -689,7 +904,7 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
 
     mninv = snewn(len, BignumInt);
     for (j = 0; j < len; j++)
-       mninv[len - 1 - j] = (j < inv[0] ? inv[j + 1] : 0);
+       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);
@@ -699,16 +914,18 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
 
     /* x = snewn(len, BignumInt); */ /* already done above */
     for (j = 0; j < len; j++)
-       x[len - 1 - j] = (j < base[0] ? base[j + 1] : 0);
+       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 < rn[0] ? rn[j + 1] : 0);
+       a[2*len - 1 - j] = (j < (int)rn[0] ? rn[j + 1] : 0);
     freebn(rn);
 
-    tmp = snewn(3*len, BignumInt);
+    /* Scratch space for multiplies */
+    scratchlen = 3*len + mul_compute_scratch(len);
+    scratch = snewn(scratchlen, BignumInt);
 
     /* Skip leading zero bits of exp. */
     i = 0;
@@ -724,11 +941,11 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
     /* Main computation */
     while (i < (int)exp[0]) {
        while (j >= 0) {
-           internal_mul(a + len, a + len, b, len);
-            monty_reduce(b, n, mninv, tmp, len);
+           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);
-                monty_reduce(a, n, mninv, tmp, len);
+                internal_mul(b + len, x, a, len,  scratch);
+                monty_reduce(a, n, mninv, scratch, len);
            } else {
                BignumInt *t;
                t = a;
@@ -745,7 +962,7 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
      * Final monty_reduce to get back from the adjusted Montgomery
      * representation.
      */
-    monty_reduce(a, n, mninv, tmp, len);
+    monty_reduce(a, n, mninv, scratch, len);
 
     /* Copy result to buffer */
     result = newbn(mod[0]);
@@ -755,23 +972,17 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
        result[0]--;
 
     /* Free temporary arrays */
-    for (i = 0; i < 3 * len; i++)
-       tmp[i] = 0;
-    sfree(tmp);
-    for (i = 0; i < 2 * len; i++)
-       a[i] = 0;
+    smemclr(scratch, scratchlen * sizeof(*scratch));
+    sfree(scratch);
+    smemclr(a, 2 * len * sizeof(*a));
     sfree(a);
-    for (i = 0; i < 2 * len; i++)
-       b[i] = 0;
+    smemclr(b, 2 * len * sizeof(*b));
     sfree(b);
-    for (i = 0; i < len; i++)
-       mninv[i] = 0;
+    smemclr(mninv, len * sizeof(*mninv));
     sfree(mninv);
-    for (i = 0; i < len; i++)
-       n[i] = 0;
+    smemclr(n, len * sizeof(*n));
     sfree(n);
-    for (i = 0; i < len; i++)
-       x[i] = 0;
+    smemclr(x, len * sizeof(*x));
     sfree(x);
 
     return result;
@@ -784,11 +995,17 @@ Bignum modpow(Bignum base_in, Bignum exp, Bignum mod)
  */
 Bignum modmul(Bignum p, Bignum q, Bignum mod)
 {
-    BignumInt *a, *n, *m, *o;
-    int mshift;
+    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];
@@ -808,6 +1025,13 @@ Bignum modmul(Bignum p, Bignum q, Bignum mod)
 
     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 = snewn(pqlen, BignumInt);
     i = pqlen - p[0];
@@ -827,8 +1051,12 @@ Bignum modmul(Bignum p, Bignum q, Bignum mod)
     /* Allocate a of size 2*pqlen for result */
     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_mul(n, o, a, pqlen, scratch);
     internal_mod(a, pqlen * 2, m, mlen, NULL, 0);
 
     /* Fixup result in case the modulus was shifted */
@@ -850,17 +1078,15 @@ Bignum modmul(Bignum p, Bignum q, Bignum mod)
        result[0]--;
 
     /* Free temporary arrays */
-    for (i = 0; i < 2 * pqlen; i++)
-       a[i] = 0;
+    smemclr(scratch, scratchlen * sizeof(*scratch));
+    sfree(scratch);
+    smemclr(a, 2 * pqlen * sizeof(*a));
     sfree(a);
-    for (i = 0; i < mlen; i++)
-       m[i] = 0;
+    smemclr(m, mlen * sizeof(*m));
     sfree(m);
-    for (i = 0; i < pqlen; i++)
-       n[i] = 0;
+    smemclr(n, pqlen * sizeof(*n));
     sfree(n);
-    for (i = 0; i < pqlen; i++)
-       o[i] = 0;
+    smemclr(o, pqlen * sizeof(*o));
     sfree(o);
 
     return result;
@@ -879,6 +1105,12 @@ static void bigdivmod(Bignum p, Bignum mod, Bignum result, Bignum quotient)
     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];
@@ -930,11 +1162,9 @@ static void bigdivmod(Bignum p, Bignum mod, Bignum result, Bignum quotient)
     }
 
     /* Free temporary arrays */
-    for (i = 0; i < mlen; i++)
-       m[i] = 0;
+    smemclr(m, mlen * sizeof(*m));
     sfree(m);
-    for (i = 0; i < plen; i++)
-       n[i] = 0;
+    smemclr(n, plen * sizeof(*n));
     sfree(n);
 }
 
@@ -954,6 +1184,8 @@ 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);
@@ -1030,7 +1262,7 @@ int ssh2_bignum_length(Bignum bn)
  */
 int bignum_byte(Bignum bn, int i)
 {
-    if (i >= (int)(BIGNUM_INT_BYTES * bn[0]))
+    if (i < 0 || i >= (int)(BIGNUM_INT_BYTES * bn[0]))
        return 0;                      /* beyond the end */
     else
        return (bn[i / BIGNUM_INT_BYTES + 1] >>
@@ -1042,7 +1274,7 @@ int bignum_byte(Bignum bn, int i)
  */
 int bignum_bit(Bignum bn, int i)
 {
-    if (i >= (int)(BIGNUM_INT_BITS * bn[0]))
+    if (i < 0 || i >= (int)(BIGNUM_INT_BITS * bn[0]))
        return 0;                      /* beyond the end */
     else
        return (bn[i / BIGNUM_INT_BITS + 1] >> (i % BIGNUM_INT_BITS)) & 1;
@@ -1053,7 +1285,7 @@ int bignum_bit(Bignum bn, int i)
  */
 void bignum_set_bit(Bignum bn, int bitnum, int value)
 {
-    if (bitnum >= (int)(BIGNUM_INT_BITS * bn[0]))
+    if (bitnum < 0 || bitnum >= (int)(BIGNUM_INT_BITS * bn[0]))
        abort();                       /* beyond the end */
     else {
        int v = bitnum / BIGNUM_INT_BITS + 1;
@@ -1089,7 +1321,18 @@ int ssh1_write_bignum(void *data, Bignum bn)
 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) {
        BignumInt aval = (i > amax ? 0 : a[i]);
        BignumInt bval = (i > bmax ? 0 : b[i]);
@@ -1111,6 +1354,8 @@ Bignum bignum_rshift(Bignum a, int shift)
     int i, shiftw, shiftb, shiftbb, bits;
     BignumInt ai, ai1;
 
+    assert(shift >= 0);
+
     bits = bignum_bitcount(a) - shift;
     ret = newbn((bits + BIGNUM_INT_BITS - 1) / BIGNUM_INT_BITS);
 
@@ -1138,18 +1383,21 @@ 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;
+    int wslen;
     BignumInt *workspace;
     Bignum ret;
 
-    /* mlen space for a, mlen space for b, 2*mlen for result */
-    workspace = snewn(mlen * 4, BignumInt);
+    /* 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 <= (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);
+                workspace + 2 * mlen, mlen, workspace + 4 * mlen);
 
     /* now just copy the result back */
     rlen = alen + blen + 1;
@@ -1178,6 +1426,7 @@ Bignum bigmuladd(Bignum a, Bignum b, Bignum addend)
     }
     ret[0] = maxspot;
 
+    smemclr(workspace, wslen * sizeof(*workspace));
     sfree(workspace);
     return ret;
 }
@@ -1407,9 +1656,26 @@ Bignum modinv(Bignum number, Bignum modulus)
     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]);
+       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]--;
@@ -1528,6 +1794,208 @@ char *bignum_decimal(Bignum x)
     /*
      * 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