math/mpmont.c: Factor out the computational core of the algorithm.
authorMark Wooding <mdw@distorted.org.uk>
Mon, 12 Sep 2016 21:32:37 +0000 (22:32 +0100)
committerMark Wooding <mdw@distorted.org.uk>
Sun, 2 Oct 2016 12:30:49 +0000 (13:30 +0100)
Surprisingly, this makes everything a little simpler.

math/mpmont.c
math/t/mpmont

index 1f9143b..b95e1cf 100644 (file)
 
 /* #define MPMONT_DISABLE */
 
+/*----- Low-level implementation ------------------------------------------*/
+
+#ifndef MPMONT_DISABLE
+
+/* --- @redccore@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mpw *dv, *dvl@ = base and limit of source/destination
+ *             @const mpw *mv@ = base of modulus %$m$%
+ *             @size_t n@ = length of modulus
+ *             @const mpw *mi@ = base of REDC coefficient %$m'$%
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Let %$a$% be the input operand.  Store in %$d$% the value
+ *             %$a + (m' a \bmod R) m$%.  The destination has space for at
+ *             least %$2 n + 1$% words of result.
+ */
+
+static void redccore(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *mv,
+                    size_t n, const mpw *mi)
+{
+  mpw mi0 = *mi;
+  size_t i;
+
+  for (i = 0; i < n; i++) {
+    MPX_UMLAN(dv, dvl, mv, mv + n, MPW(*dv*mi0));
+    dv++;
+  }
+}
+
+/* --- @redccore@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mpw *dv, *dvl@ = base and limit of source/destination
+ *             @const mpw *av, *avl@ = base and limit of first multiplicand
+ *             @const mpw *bv, *bvl@ = base and limit of second multiplicand
+ *             @const mpw *mv@ = base of modulus %$m$%
+ *             @size_t n@ = length of modulus
+ *             @const mpw *mi@ = base of REDC coefficient %$m'$%
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Let %$a$% and %$b$% be the multiplicands.  Let %$w = a b$%.
+ *             Store in %$d$% the value %$a b + (m' a b \bmod R) m$%.
+ */
+
+static void mulcore(mpw *dv, mpw *dvl,
+                   const mpw *av, const mpw *avl,
+                   const mpw *bv, const mpw *bvl,
+                   const mpw *mv, size_t n, const mpw *mi)
+{
+  mpw ai, b0, y, mi0 = *mi;
+  const mpw *tv, *tvl;
+  const mpw *mvl = mv + n;
+  size_t i = 0;
+
+  /* --- Initial setup --- */
+
+  MPX_ZERO(dv, dvl);
+  if (avl - av > bvl - bv) {
+    tv = av; av = bv; bv = tv;
+    tvl = avl; avl = bvl; bvl = tvl;
+  }
+  b0 = *bv;
+
+  /* --- Multiply, until we run out of multiplicand --- */
+
+  while (i < n && av < avl) {
+    ai = *av++;
+    y = MPW((*dv + ai*b0)*mi0);
+    MPX_UMLAN(dv, dvl, bv, bvl, ai);
+    MPX_UMLAN(dv, dvl, mv, mvl, y);
+    dv++; i++;
+  }
+
+  /* --- Continue reducing until we run out of modulus --- */
+
+  while (i < n) {
+    y = MPW(*dv*mi0);
+    MPX_UMLAN(dv, dvl, mv, mvl, y);
+    dv++; i++;
+  }
+}
+
+/* --- @finish@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mpmont *mm@ = pointer to a Montgomery reduction context
+ *             *mp *d@ = pointer to mostly-reduced operand
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Applies the finishing touches to Montgomery reduction.  The
+ *             operand @d@ is a multiple of %$R%$ at this point, so it needs
+ *             to be shifted down; the result might need a further
+ *             subtraction to get it into the right interval; and we may
+ *             need to do an additional subtraction if %$d$% is negative.
+ */
+
+static void finish(mpmont *mm, mp *d)
+{
+  mpw *dv = d->v, *dvl = d->vl;
+  size_t n = mm->n;
+
+  memmove(dv, dv + n, MPWS(dvl - (dv + n)));
+  dvl -= n;
+
+  if (MPX_UCMP(dv, dvl, >=, mm->m->v, mm->m->vl))
+    mpx_usub(dv, dvl, dv, dvl, mm->m->v, mm->m->vl);
+
+  if (d->f & MP_NEG) {
+    mpx_usub(dv, dvl, mm->m->v, mm->m->vl, dv, dvl);
+    d->f &= ~MP_NEG;
+  }
+
+  d->vl = dvl;
+  MP_SHRINK(d);
+}
+
+#endif
+
 /*----- Reduction and multiplication --------------------------------------*/
 
 /* --- @mpmont_create@ --- *
@@ -150,14 +269,11 @@ mp *mpmont_reduce(mpmont *mm, mp *d, mp *a)
     mpw *vl;
     mp *u;
 
-    if (MP_LEN(a) >= n)
-      vl = a->v + n;
-    else
-      vl = a->vl;
+    if (MP_LEN(a) >= n) vl = a->v + n;
+    else vl = a->vl;
     mp_build(&al, a->v, vl);
     u = mp_mul(MP_NEW, &al, mm->mi);
-    if (MP_LEN(u) > n)
-      u->vl = u->v + n;
+    if (MP_LEN(u) > n) u->vl = u->v + n;
     u = mp_mul(u, u, mm->m);
     d = mp_add(d, a, u);
     MP_ENSURE(d, n);
@@ -167,43 +283,16 @@ mp *mpmont_reduce(mpmont *mm, mp *d, mp *a)
   /* --- Otherwise do it the hard way --- */
 
   else {
-    mpw *dv, *dvl;
-    mpw *mv, *mvl;
-    mpw mi;
-    size_t k = n;
-
-    /* --- Initial conditioning of the arguments --- */
-
     a = MP_COPY(a);
-    if (d)
-      MP_DROP(d);
+    if (d) MP_DROP(d);
     d = a;
-    MP_DEST(d, 2 * n + 1, a->f);
-
-    dv = d->v; dvl = d->vl;
-    mv = mm->m->v; mvl = mm->m->vl;
-
-    /* --- Let's go to work --- */
-
-    mi = mm->mi->v[0];
-    while (k--) {
-      mpw u = MPW(*dv * mi);
-      MPX_UMLAN(dv, dvl, mv, mvl, u);
-      dv++;
-    }
+    MP_DEST(d, 2*mm->n + 1, a->f);
+    redccore(d->v, d->vl, mm->m->v, mm->n, mm->mi->v);
   }
 
   /* --- Wrap everything up --- */
 
-  memmove(d->v, d->v + n, MPWS(MP_LEN(d) - n));
-  d->vl -= n;
-  if (MPX_UCMP(d->v, d->vl, >=, mm->m->v, mm->m->vl))
-    mpx_usub(d->v, d->vl, d->v, d->vl, mm->m->v, mm->m->vl);
-  if (d->f & MP_NEG) {
-    mpx_usub(d->v, d->vl, mm->m->v, mm->m->vl, d->v, d->vl);
-    d->f &= ~MP_NEG;
-  }
-  MP_SHRINK(d);
+  finish(mm, d);
   return (d);
 }
 
@@ -235,65 +324,14 @@ mp *mpmont_mul(mpmont *mm, mp *d, mp *a, mp *b)
     d = mp_mul(d, a, b);
     d = mpmont_reduce(mm, d, d);
   } else {
-    mpw *dv, *dvl;
-    mpw *av, *avl;
-    mpw *bv, *bvl;
-    mpw *mv, *mvl;
-    mpw y;
-    size_t n, i;
-    mpw mi;
-
-    /* --- Initial conditioning of the arguments --- */
-
-    if (MP_LEN(a) > MP_LEN(b)) {
-      mp *t = a; a = b; b = t;
-    }
-    n = MP_LEN(mm->m);
-
     a = MP_COPY(a);
     b = MP_COPY(b);
-    MP_DEST(d, 2 * n + 1, a->f | b->f | MP_UNDEF);
-    dv = d->v; dvl = d->vl;
-    MPX_ZERO(dv, dvl);
-    av = a->v; avl = a->vl;
-    bv = b->v; bvl = b->vl;
-    mv = mm->m->v; mvl = mm->m->vl;
-    y = *bv;
-
-    /* --- Montgomery multiplication phase --- */
-
-    i = 0;
-    mi = mm->mi->v[0];
-    while (i < n && av < avl) {
-      mpw x = *av++;
-      mpw u = MPW((*dv + x * y) * mi);
-      MPX_UMLAN(dv, dvl, bv, bvl, x);
-      MPX_UMLAN(dv, dvl, mv, mvl, u);
-      dv++;
-      i++;
-    }
-
-    /* --- Simpler Montgomery reduction phase --- */
-
-    while (i < n) {
-      mpw u = MPW(*dv * mi);
-      MPX_UMLAN(dv, dvl, mv, mvl, u);
-      dv++;
-      i++;
-    }
-
-    /* --- Done --- */
-
-    memmove(d->v, dv, MPWS(dvl - dv));
-    d->vl -= dv - d->v;
-    if (MPX_UCMP(d->v, d->vl, >=, mm->m->v, mm->m->vl))
-      mpx_usub(d->v, d->vl, d->v, d->vl, mm->m->v, mm->m->vl);
-    if ((a->f ^ b->f) & MP_NEG)
-      mpx_usub(d->v, d->vl, mm->m->v, mm->m->vl, d->v, d->vl);
-    MP_SHRINK(d);
-    d->f = (a->f | b->f) & MP_BURN;
-    MP_DROP(a);
-    MP_DROP(b);
+    MP_DEST(d, 2*mm->n + 1, a->f | b->f | MP_UNDEF);
+    mulcore(d->v, d->vl, a->v, a->vl, b->v, b->vl,
+           mm->m->v, mm->n, mm->mi->v);
+    d->f = ((a->f | b->f) & MP_BURN) | ((a->f ^ b->f) & MP_NEG);
+    finish(mm, d);
+    MP_DROP(a); MP_DROP(b);
   }
 
   return (d);
index 37535af..81fbe63 100644 (file)
@@ -5,6 +5,11 @@ create {
   266454859                            # -m^{-1} mod b
   130655606683780235388773757767708    # R mod m
   237786678640282040194246459306177;   # R^2 mod m
+
+  6277101735386680763835789423207666416083908700390324961279
+  340282366920938463444927863358058659841
+  18446744073709551617
+  340282366920938463500268095579187314689;
 }
 
 mul {
@@ -13,6 +18,11 @@ mul {
   6456542564
   10807149256;
 
+  6277101735386680763835789423207666416083908700390324961279
+  2455155546008943817740293915197451784769108058161191238065
+  340282366920938463500268095579187314689
+  5646741895976341600220572388698743135318229029826089708489;
+
   51518627314818829164222247085233898246715229794943812733936714788310185005015428803253311691709787911812368198649776769324928993075889524373913555618270874746833913595051625422038974326537979654635530320271853851973343513053953211672797425464186157719021174955241645388345195723368057041032310152242301620397
   7041548659011846562361842096561083537784928869240554198760844555642215260669458833049231069318370838770180094409088437631986867239713464317243824963669990014087444248250948204574690463940534304651099653802302150197753463246181762684347288736386534346725039618007392334267637262008343417972878515511486456037
   21451817224897484023627307128311082613304580637202546848860538836010530320943159719981586919811151828606838777812233053319458755053306547823820900602281867134174742586071226220962576712633552196944784360512851517812225731562588375896089193406088239903885470354101095713609394462435076126493339021945199401247