Implement Enhanced Miller-Rabin primality test for FIPS.
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fc9f10f8fb
@ -342,8 +342,6 @@ static int BN_prime_checks_for_size(int bits) {
|
|||||||
return 28;
|
return 28;
|
||||||
}
|
}
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||||||
|
|
||||||
static int witness(BIGNUM *w, const BIGNUM *a, const BIGNUM *a1,
|
|
||||||
const BIGNUM *a1_odd, int k, BN_CTX *ctx, BN_MONT_CTX *mont);
|
|
||||||
static int probable_prime(BIGNUM *rnd, int bits);
|
static int probable_prime(BIGNUM *rnd, int bits);
|
||||||
static int probable_prime_dh(BIGNUM *rnd, int bits, const BIGNUM *add,
|
static int probable_prime_dh(BIGNUM *rnd, int bits, const BIGNUM *add,
|
||||||
const BIGNUM *rem, BN_CTX *ctx);
|
const BIGNUM *rem, BN_CTX *ctx);
|
||||||
@ -486,11 +484,8 @@ int BN_is_prime_ex(const BIGNUM *candidate, int checks, BN_CTX *ctx, BN_GENCB *c
|
|||||||
|
|
||||||
int BN_is_prime_fasttest_ex(const BIGNUM *a, int checks, BN_CTX *ctx_passed,
|
int BN_is_prime_fasttest_ex(const BIGNUM *a, int checks, BN_CTX *ctx_passed,
|
||||||
int do_trial_division, BN_GENCB *cb) {
|
int do_trial_division, BN_GENCB *cb) {
|
||||||
int i, j, ret = -1;
|
int i, ret = -1;
|
||||||
int k;
|
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||||||
BN_CTX *ctx = NULL;
|
BN_CTX *ctx = NULL;
|
||||||
BIGNUM *A1, *A1_odd, *check; /* taken from ctx */
|
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||||||
BN_MONT_CTX *mont = NULL;
|
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||||||
const BIGNUM *A = NULL;
|
const BIGNUM *A = NULL;
|
||||||
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||||||
if (BN_cmp(a, BN_value_one()) <= 0) {
|
if (BN_cmp(a, BN_value_one()) <= 0) {
|
||||||
@ -542,65 +537,12 @@ int BN_is_prime_fasttest_ex(const BIGNUM *a, int checks, BN_CTX *ctx_passed,
|
|||||||
A = a;
|
A = a;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
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||||||
A1 = BN_CTX_get(ctx);
|
enum bn_primality_result_t result;
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||||||
A1_odd = BN_CTX_get(ctx);
|
if (!BN_enhanced_miller_rabin_primality_test(&result, A, checks, ctx, cb)) {
|
||||||
check = BN_CTX_get(ctx);
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|
||||||
if (check == NULL) {
|
|
||||||
goto err;
|
goto err;
|
||||||
}
|
}
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||||||
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||||||
/* compute A1 := A - 1 */
|
ret = (result == bn_probably_prime);
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||||||
if (!BN_copy(A1, A)) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
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||||||
if (!BN_sub_word(A1, 1)) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (BN_is_zero(A1)) {
|
|
||||||
ret = 0;
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|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/* write A1 as A1_odd * 2^k */
|
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||||||
k = 1;
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||||||
while (!BN_is_bit_set(A1, k)) {
|
|
||||||
k++;
|
|
||||||
}
|
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||||||
if (!BN_rshift(A1_odd, A1, k)) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
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||||||
|
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||||||
/* Montgomery setup for computations mod A */
|
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||||||
mont = BN_MONT_CTX_new();
|
|
||||||
if (mont == NULL) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (!BN_MONT_CTX_set(mont, A, ctx)) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
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||||||
for (i = 0; i < checks; i++) {
|
|
||||||
if (!BN_pseudo_rand_range(check, A1)) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (!BN_add_word(check, 1)) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
/* now 1 <= check < A */
|
|
||||||
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|
||||||
j = witness(check, A, A1, A1_odd, k, ctx, mont);
|
|
||||||
if (j == -1) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (j) {
|
|
||||||
ret = 0;
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (!BN_GENCB_call(cb, 1, i)) {
|
|
||||||
goto err;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
ret = 1;
|
|
||||||
|
|
||||||
err:
|
err:
|
||||||
if (ctx != NULL) {
|
if (ctx != NULL) {
|
||||||
@ -609,6 +551,139 @@ err:
|
|||||||
BN_CTX_free(ctx);
|
BN_CTX_free(ctx);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
/* Implement the Enhanced Miller-Rabin Primality Test (FIPS 186-4 C.3.2). */
|
||||||
|
int BN_enhanced_miller_rabin_primality_test(
|
||||||
|
enum bn_primality_result_t *out_result, const BIGNUM *w, int iterations,
|
||||||
|
BN_CTX *ctx, BN_GENCB *cb) {
|
||||||
|
int ret = 0;
|
||||||
|
BN_MONT_CTX *mont = NULL;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (out_result == NULL) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BIGNUM *w1 = BN_CTX_get(ctx);
|
||||||
|
if (w1 == NULL ||
|
||||||
|
!BN_copy(w1, w) ||
|
||||||
|
!BN_sub_word(w1, 1)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Write w1 as m*2^a (Steps 1 and 2). */
|
||||||
|
int a = 0;
|
||||||
|
while (!BN_is_bit_set(w1, a)) {
|
||||||
|
a++;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
BIGNUM *m = BN_CTX_get(ctx);
|
||||||
|
if (m == NULL ||
|
||||||
|
!BN_rshift(m, w1, a)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
BIGNUM *b = BN_CTX_get(ctx);
|
||||||
|
BIGNUM *g = BN_CTX_get(ctx);
|
||||||
|
BIGNUM *z = BN_CTX_get(ctx);
|
||||||
|
BIGNUM *x = BN_CTX_get(ctx);
|
||||||
|
BIGNUM *x1 = BN_CTX_get(ctx);
|
||||||
|
if (b == NULL ||
|
||||||
|
g == NULL ||
|
||||||
|
z == NULL ||
|
||||||
|
x == NULL ||
|
||||||
|
x1 == NULL) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Montgomery setup for computations mod A */
|
||||||
|
mont = BN_MONT_CTX_new();
|
||||||
|
if (mont == NULL) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (!BN_MONT_CTX_set(mont, w, ctx)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* The following loop performs in inner iteration of the Enhanced Miller-Rabin
|
||||||
|
* Primality test (Step 4). */
|
||||||
|
for (int i = 1; i <= iterations; i++) {
|
||||||
|
/* Step 4.1-4.2 */
|
||||||
|
if (!BN_rand_range_ex(b, 2, w1)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Step 4.3-4.4 */
|
||||||
|
if (!BN_gcd(g, b, w, ctx)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (BN_cmp_word(g, 1) > 0) {
|
||||||
|
*out_result = bn_composite;
|
||||||
|
ret = 1;
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Step 4.5 */
|
||||||
|
if (!BN_mod_exp_mont(z, b, m, w, ctx, mont)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Step 4.6 */
|
||||||
|
if (BN_is_one(z) || BN_cmp(z, w1) == 0) {
|
||||||
|
goto loop;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Step 4.7 */
|
||||||
|
for (int j = 1; j < a; j++) {
|
||||||
|
if (!BN_copy(x, z) || !BN_mod_mul(z, x, x, w, ctx)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (BN_cmp(z, w1) == 0) {
|
||||||
|
goto loop;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (BN_is_one(z)) {
|
||||||
|
goto composite;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Step 4.8-4.9 */
|
||||||
|
if (!BN_copy(x, z) || !BN_mod_mul(z, x, x, w, ctx)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* Step 4.10-4.11 */
|
||||||
|
if (!BN_is_one(z) && !BN_copy(x, z)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
composite:
|
||||||
|
/* Step 4.12-4.14 */
|
||||||
|
if (!BN_copy(x1, x) ||
|
||||||
|
!BN_sub_word(x1, 1) ||
|
||||||
|
!BN_gcd(g, x1, w, ctx)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (BN_cmp_word(g, 1) > 0) {
|
||||||
|
*out_result = bn_composite;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
*out_result = bn_non_prime_power_composite;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
ret = 1;
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
|
||||||
|
loop:
|
||||||
|
/* Step 4.15 */
|
||||||
|
if (!BN_GENCB_call(cb, 1, i)) {
|
||||||
|
goto err;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
*out_result = bn_probably_prime;
|
||||||
|
ret = 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
err:
|
||||||
if (mont != NULL) {
|
if (mont != NULL) {
|
||||||
BN_MONT_CTX_free(mont);
|
BN_MONT_CTX_free(mont);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@ -616,39 +691,6 @@ err:
|
|||||||
return ret;
|
return ret;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
static int witness(BIGNUM *w, const BIGNUM *a, const BIGNUM *a1,
|
|
||||||
const BIGNUM *a1_odd, int k, BN_CTX *ctx,
|
|
||||||
BN_MONT_CTX *mont) {
|
|
||||||
if (!BN_mod_exp_mont(w, w, a1_odd, a, ctx, mont)) { /* w := w^a1_odd mod a */
|
|
||||||
return -1;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (BN_is_one(w)) {
|
|
||||||
return 0; /* probably prime */
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (BN_cmp(w, a1) == 0) {
|
|
||||||
return 0; /* w == -1 (mod a), 'a' is probably prime */
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
while (--k) {
|
|
||||||
if (!BN_mod_mul(w, w, w, a, ctx)) { /* w := w^2 mod a */
|
|
||||||
return -1;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (BN_is_one(w)) {
|
|
||||||
return 1; /* 'a' is composite, otherwise a previous 'w' would
|
|
||||||
* have been == -1 (mod 'a') */
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (BN_cmp(w, a1) == 0) {
|
|
||||||
return 0; /* w == -1 (mod a), 'a' is probably prime */
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/* If we get here, 'w' is the (a-1)/2-th power of the original 'w',
|
|
||||||
* and it is neither -1 nor +1 -- so 'a' cannot be prime */
|
|
||||||
return 1;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
static int probable_prime(BIGNUM *rnd, int bits) {
|
static int probable_prime(BIGNUM *rnd, int bits) {
|
||||||
int i;
|
int i;
|
||||||
uint16_t mods[NUMPRIMES];
|
uint16_t mods[NUMPRIMES];
|
||||||
|
@ -707,6 +707,22 @@ OPENSSL_EXPORT int BN_generate_prime_ex(BIGNUM *ret, int bits, int safe,
|
|||||||
* Miller-Rabin checks that gives a false positive rate of ~2^{-80}. */
|
* Miller-Rabin checks that gives a false positive rate of ~2^{-80}. */
|
||||||
#define BN_prime_checks 0
|
#define BN_prime_checks 0
|
||||||
|
|
||||||
|
/* bn_primality_result_t enumerates the outcomes of primality-testing. */
|
||||||
|
enum bn_primality_result_t {
|
||||||
|
bn_probably_prime,
|
||||||
|
bn_composite,
|
||||||
|
bn_non_prime_power_composite,
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
/* BN_enhanced_miller_rabin_primality_test tests whether |w| is probably a prime
|
||||||
|
* number using the Enhanced Miller-Rabin test with |iterations| iterations and
|
||||||
|
* returns the result in |out_result|. It returns one on success and zero on
|
||||||
|
* failure. If |cb| is not NULL, then it is called during each iteration of the
|
||||||
|
* primality test. */
|
||||||
|
int BN_enhanced_miller_rabin_primality_test(
|
||||||
|
enum bn_primality_result_t *out_result, const BIGNUM *w, int iterations,
|
||||||
|
BN_CTX *ctx, BN_GENCB *cb);
|
||||||
|
|
||||||
/* BN_primality_test sets |*is_probably_prime| to one if |candidate| is
|
/* BN_primality_test sets |*is_probably_prime| to one if |candidate| is
|
||||||
* probably a prime number by the Miller-Rabin test or zero if it's certainly
|
* probably a prime number by the Miller-Rabin test or zero if it's certainly
|
||||||
* not.
|
* not.
|
||||||
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