xref: /freebsd/contrib/bearssl/src/ec/ec_c25519_m64.c (revision cc9e6590773dba57440750c124173ed531349a06)
1*0957b409SSimon J. Gerraty /*
2*0957b409SSimon J. Gerraty  * Copyright (c) 2018 Thomas Pornin <pornin@bolet.org>
3*0957b409SSimon J. Gerraty  *
4*0957b409SSimon J. Gerraty  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining
5*0957b409SSimon J. Gerraty  * a copy of this software and associated documentation files (the
6*0957b409SSimon J. Gerraty  * "Software"), to deal in the Software without restriction, including
7*0957b409SSimon J. Gerraty  * without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
8*0957b409SSimon J. Gerraty  * distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to
9*0957b409SSimon J. Gerraty  * permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
10*0957b409SSimon J. Gerraty  * the following conditions:
11*0957b409SSimon J. Gerraty  *
12*0957b409SSimon J. Gerraty  * The above copyright notice and this permission notice shall be
13*0957b409SSimon J. Gerraty  * included in all copies or substantial portions of the Software.
14*0957b409SSimon J. Gerraty  *
15*0957b409SSimon J. Gerraty  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
16*0957b409SSimon J. Gerraty  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
17*0957b409SSimon J. Gerraty  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
18*0957b409SSimon J. Gerraty  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
19*0957b409SSimon J. Gerraty  * BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
20*0957b409SSimon J. Gerraty  * ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
21*0957b409SSimon J. Gerraty  * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
22*0957b409SSimon J. Gerraty  * SOFTWARE.
23*0957b409SSimon J. Gerraty  */
24*0957b409SSimon J. Gerraty 
25*0957b409SSimon J. Gerraty #include "inner.h"
26*0957b409SSimon J. Gerraty 
27*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128 || BR_UMUL128
28*0957b409SSimon J. Gerraty 
29*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_UMUL128
30*0957b409SSimon J. Gerraty #include <intrin.h>
31*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
32*0957b409SSimon J. Gerraty 
33*0957b409SSimon J. Gerraty static const unsigned char GEN[] = {
34*0957b409SSimon J. Gerraty 	0x09, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
35*0957b409SSimon J. Gerraty 	0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
36*0957b409SSimon J. Gerraty 	0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
37*0957b409SSimon J. Gerraty 	0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
38*0957b409SSimon J. Gerraty };
39*0957b409SSimon J. Gerraty 
40*0957b409SSimon J. Gerraty static const unsigned char ORDER[] = {
41*0957b409SSimon J. Gerraty 	0x7F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
42*0957b409SSimon J. Gerraty 	0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
43*0957b409SSimon J. Gerraty 	0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
44*0957b409SSimon J. Gerraty 	0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
45*0957b409SSimon J. Gerraty };
46*0957b409SSimon J. Gerraty 
47*0957b409SSimon J. Gerraty static const unsigned char *
api_generator(int curve,size_t * len)48*0957b409SSimon J. Gerraty api_generator(int curve, size_t *len)
49*0957b409SSimon J. Gerraty {
50*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)curve;
51*0957b409SSimon J. Gerraty 	*len = 32;
52*0957b409SSimon J. Gerraty 	return GEN;
53*0957b409SSimon J. Gerraty }
54*0957b409SSimon J. Gerraty 
55*0957b409SSimon J. Gerraty static const unsigned char *
api_order(int curve,size_t * len)56*0957b409SSimon J. Gerraty api_order(int curve, size_t *len)
57*0957b409SSimon J. Gerraty {
58*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)curve;
59*0957b409SSimon J. Gerraty 	*len = 32;
60*0957b409SSimon J. Gerraty 	return ORDER;
61*0957b409SSimon J. Gerraty }
62*0957b409SSimon J. Gerraty 
63*0957b409SSimon J. Gerraty static size_t
api_xoff(int curve,size_t * len)64*0957b409SSimon J. Gerraty api_xoff(int curve, size_t *len)
65*0957b409SSimon J. Gerraty {
66*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)curve;
67*0957b409SSimon J. Gerraty 	*len = 32;
68*0957b409SSimon J. Gerraty 	return 0;
69*0957b409SSimon J. Gerraty }
70*0957b409SSimon J. Gerraty 
71*0957b409SSimon J. Gerraty /*
72*0957b409SSimon J. Gerraty  * A field element is encoded as four 64-bit integers, in basis 2^63.
73*0957b409SSimon J. Gerraty  * Operations return partially reduced values, which may range up to
74*0957b409SSimon J. Gerraty  * 2^255+37.
75*0957b409SSimon J. Gerraty  */
76*0957b409SSimon J. Gerraty 
77*0957b409SSimon J. Gerraty #define MASK63   (((uint64_t)1 << 63) - (uint64_t)1)
78*0957b409SSimon J. Gerraty 
79*0957b409SSimon J. Gerraty /*
80*0957b409SSimon J. Gerraty  * Swap two field elements, conditionally on a flag.
81*0957b409SSimon J. Gerraty  */
82*0957b409SSimon J. Gerraty static inline void
f255_cswap(uint64_t * a,uint64_t * b,uint32_t ctl)83*0957b409SSimon J. Gerraty f255_cswap(uint64_t *a, uint64_t *b, uint32_t ctl)
84*0957b409SSimon J. Gerraty {
85*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t m, w;
86*0957b409SSimon J. Gerraty 
87*0957b409SSimon J. Gerraty 	m = -(uint64_t)ctl;
88*0957b409SSimon J. Gerraty 	w = m & (a[0] ^ b[0]); a[0] ^= w; b[0] ^= w;
89*0957b409SSimon J. Gerraty 	w = m & (a[1] ^ b[1]); a[1] ^= w; b[1] ^= w;
90*0957b409SSimon J. Gerraty 	w = m & (a[2] ^ b[2]); a[2] ^= w; b[2] ^= w;
91*0957b409SSimon J. Gerraty 	w = m & (a[3] ^ b[3]); a[3] ^= w; b[3] ^= w;
92*0957b409SSimon J. Gerraty }
93*0957b409SSimon J. Gerraty 
94*0957b409SSimon J. Gerraty /*
95*0957b409SSimon J. Gerraty  * Addition in the field.
96*0957b409SSimon J. Gerraty  */
97*0957b409SSimon J. Gerraty static inline void
f255_add(uint64_t * d,const uint64_t * a,const uint64_t * b)98*0957b409SSimon J. Gerraty f255_add(uint64_t *d, const uint64_t *a, const uint64_t *b)
99*0957b409SSimon J. Gerraty {
100*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128
101*0957b409SSimon J. Gerraty 
102*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, cc;
103*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned __int128 z;
104*0957b409SSimon J. Gerraty 
105*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] + (unsigned __int128)b[0];
106*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = (uint64_t)z;
107*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] + (unsigned __int128)b[1] + (z >> 64);
108*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
109*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] + (unsigned __int128)b[2] + (z >> 64);
110*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
111*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[3] + (unsigned __int128)b[3] + (z >> 64);
112*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z & MASK63;
113*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc = (uint64_t)(z >> 63);
114*0957b409SSimon J. Gerraty 
115*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
116*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Since operands are at most 2^255+37, the sum is at most
117*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * 2^256+74; thus, the carry cc is equal to 0, 1 or 2.
118*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *
119*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We use: 2^255 = 19 mod p.
120*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Since we add 0, 19 or 38 to a value that fits on 255 bits,
121*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * the result is at most 2^255+37.
122*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
123*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t0 + (unsigned __int128)(19 * cc);
124*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[0] = (uint64_t)z;
125*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t1 + (z >> 64);
126*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[1] = (uint64_t)z;
127*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t2 + (z >> 64);
128*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[2] = (uint64_t)z;
129*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[3] = t3 + (uint64_t)(z >> 64);
130*0957b409SSimon J. Gerraty 
131*0957b409SSimon J. Gerraty #elif BR_UMUL128
132*0957b409SSimon J. Gerraty 
133*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, cc;
134*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char k;
135*0957b409SSimon J. Gerraty 
136*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, a[0], b[0], &t0);
137*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, a[1], b[1], &t1);
138*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, a[2], b[2], &t2);
139*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, a[3], b[3], &t3);
140*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc = (k << 1) + (t3 >> 63);
141*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
142*0957b409SSimon J. Gerraty 
143*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
144*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Since operands are at most 2^255+37, the sum is at most
145*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * 2^256+74; thus, the carry cc is equal to 0, 1 or 2.
146*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *
147*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We use: 2^255 = 19 mod p.
148*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Since we add 0, 19 or 38 to a value that fits on 255 bits,
149*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * the result is at most 2^255+37.
150*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
151*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t0, 19 * cc, &d[0]);
152*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t1, 0, &d[1]);
153*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, 0, &d[2]);
154*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t3, 0, &d[3]);
155*0957b409SSimon J. Gerraty 
156*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
157*0957b409SSimon J. Gerraty }
158*0957b409SSimon J. Gerraty 
159*0957b409SSimon J. Gerraty /*
160*0957b409SSimon J. Gerraty  * Subtraction.
161*0957b409SSimon J. Gerraty  */
162*0957b409SSimon J. Gerraty static inline void
f255_sub(uint64_t * d,const uint64_t * a,const uint64_t * b)163*0957b409SSimon J. Gerraty f255_sub(uint64_t *d, const uint64_t *a, const uint64_t *b)
164*0957b409SSimon J. Gerraty {
165*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128
166*0957b409SSimon J. Gerraty 
167*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
168*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We compute t = 2^256 - 38 + a - b, which is necessarily
169*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * positive but lower than 2^256 + 2^255, since a <= 2^255 + 37
170*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * and b <= 2^255 + 37. We then subtract 0, p or 2*p, depending
171*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * on the two upper bits of t (bits 255 and 256).
172*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
173*0957b409SSimon J. Gerraty 
174*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, t4, cc;
175*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned __int128 z;
176*0957b409SSimon J. Gerraty 
177*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] - (unsigned __int128)b[0] - 38;
178*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = (uint64_t)z;
179*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc = -(uint64_t)(z >> 64);
180*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] - (unsigned __int128)b[1]
181*0957b409SSimon J. Gerraty 		- (unsigned __int128)cc;
182*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
183*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc = -(uint64_t)(z >> 64);
184*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] - (unsigned __int128)b[2]
185*0957b409SSimon J. Gerraty 		- (unsigned __int128)cc;
186*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
187*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc = -(uint64_t)(z >> 64);
188*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[3] - (unsigned __int128)b[3]
189*0957b409SSimon J. Gerraty 		- (unsigned __int128)cc;
190*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z;
191*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = 1 + (uint64_t)(z >> 64);
192*0957b409SSimon J. Gerraty 
193*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
194*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We have a 257-bit result. The two top bits can be 00, 01 or 10,
195*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * but not 11 (value t <= 2^256 - 38 + 2^255 + 37 = 2^256 + 2^255 - 1).
196*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Therefore, we can truncate to 255 bits, and add 0, 19 or 38.
197*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * This guarantees that the result is at most 2^255+37.
198*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
199*0957b409SSimon J. Gerraty 	cc = (38 & -t4) + (19 & -(t3 >> 63));
200*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
201*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t0 + (unsigned __int128)cc;
202*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[0] = (uint64_t)z;
203*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t1 + (z >> 64);
204*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[1] = (uint64_t)z;
205*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t2 + (z >> 64);
206*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[2] = (uint64_t)z;
207*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[3] = t3 + (uint64_t)(z >> 64);
208*0957b409SSimon J. Gerraty 
209*0957b409SSimon J. Gerraty #elif BR_UMUL128
210*0957b409SSimon J. Gerraty 
211*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
212*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We compute t = 2^256 - 38 + a - b, which is necessarily
213*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * positive but lower than 2^256 + 2^255, since a <= 2^255 + 37
214*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * and b <= 2^255 + 37. We then subtract 0, p or 2*p, depending
215*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * on the two upper bits of t (bits 255 and 256).
216*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
217*0957b409SSimon J. Gerraty 
218*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, t4;
219*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char k;
220*0957b409SSimon J. Gerraty 
221*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(0, a[0], b[0], &t0);
222*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(k, a[1], b[1], &t1);
223*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(k, a[2], b[2], &t2);
224*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(k, a[3], b[3], &t3);
225*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_subborrow_u64(k, 1, 0, &t4);
226*0957b409SSimon J. Gerraty 
227*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(0, t0, 38, &t0);
228*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(k, t1, 0, &t1);
229*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(k, t2, 0, &t2);
230*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _subborrow_u64(k, t3, 0, &t3);
231*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_subborrow_u64(k, t4, 0, &t4);
232*0957b409SSimon J. Gerraty 
233*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
234*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We have a 257-bit result. The two top bits can be 00, 01 or 10,
235*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * but not 11 (value t <= 2^256 - 38 + 2^255 + 37 = 2^256 + 2^255 - 1).
236*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Therefore, we can truncate to 255 bits, and add 0, 19 or 38.
237*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * This guarantees that the result is at most 2^255+37.
238*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
239*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (38 & -t4) + (19 & -(t3 >> 63));
240*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
241*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t0, t4, &d[0]);
242*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t1, 0, &d[1]);
243*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, 0, &d[2]);
244*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t3, 0, &d[3]);
245*0957b409SSimon J. Gerraty 
246*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
247*0957b409SSimon J. Gerraty }
248*0957b409SSimon J. Gerraty 
249*0957b409SSimon J. Gerraty /*
250*0957b409SSimon J. Gerraty  * Multiplication.
251*0957b409SSimon J. Gerraty  */
252*0957b409SSimon J. Gerraty static inline void
f255_mul(uint64_t * d,uint64_t * a,uint64_t * b)253*0957b409SSimon J. Gerraty f255_mul(uint64_t *d, uint64_t *a, uint64_t *b)
254*0957b409SSimon J. Gerraty {
255*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128
256*0957b409SSimon J. Gerraty 
257*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned __int128 z;
258*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, th;
259*0957b409SSimon J. Gerraty 
260*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
261*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Compute the product a*b over plain integers.
262*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
263*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] * (unsigned __int128)b[0];
264*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = (uint64_t)z;
265*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] * (unsigned __int128)b[1] + (z >> 64);
266*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
267*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] * (unsigned __int128)b[2] + (z >> 64);
268*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
269*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] * (unsigned __int128)b[3] + (z >> 64);
270*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z;
271*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (uint64_t)(z >> 64);
272*0957b409SSimon J. Gerraty 
273*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] * (unsigned __int128)b[0]
274*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t1;
275*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
276*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] * (unsigned __int128)b[1]
277*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t2 + (z >> 64);
278*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
279*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] * (unsigned __int128)b[2]
280*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t3 + (z >> 64);
281*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z;
282*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] * (unsigned __int128)b[3]
283*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t4 + (z >> 64);
284*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (uint64_t)z;
285*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = (uint64_t)(z >> 64);
286*0957b409SSimon J. Gerraty 
287*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] * (unsigned __int128)b[0]
288*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t2;
289*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
290*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] * (unsigned __int128)b[1]
291*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t3 + (z >> 64);
292*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z;
293*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] * (unsigned __int128)b[2]
294*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t4 + (z >> 64);
295*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (uint64_t)z;
296*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] * (unsigned __int128)b[3]
297*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t5 + (z >> 64);
298*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = (uint64_t)z;
299*0957b409SSimon J. Gerraty 	t6 = (uint64_t)(z >> 64);
300*0957b409SSimon J. Gerraty 
301*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[3] * (unsigned __int128)b[0]
302*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t3;
303*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z;
304*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[3] * (unsigned __int128)b[1]
305*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t4 + (z >> 64);
306*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (uint64_t)z;
307*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[3] * (unsigned __int128)b[2]
308*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t5 + (z >> 64);
309*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = (uint64_t)z;
310*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[3] * (unsigned __int128)b[3]
311*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)t6 + (z >> 64);
312*0957b409SSimon J. Gerraty 	t6 = (uint64_t)z;
313*0957b409SSimon J. Gerraty 	t7 = (uint64_t)(z >> 64);
314*0957b409SSimon J. Gerraty 
315*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
316*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Modulo p, we have:
317*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *
318*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   2^255 = 19
319*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   2^510 = 19*19 = 361
320*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *
321*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We split the intermediate t into three parts, in basis
322*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * 2^255. The low one will be in t0..t3; the middle one in t4..t7.
323*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * The upper one can only be a single bit (th), since the
324*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * multiplication operands are at most 2^255+37 each.
325*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
326*0957b409SSimon J. Gerraty 	th = t7 >> 62;
327*0957b409SSimon J. Gerraty 	t7 = ((t7 << 1) | (t6 >> 63)) & MASK63;
328*0957b409SSimon J. Gerraty 	t6 = (t6 << 1) | (t5 >> 63);
329*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = (t5 << 1) | (t4 >> 63);
330*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (t4 << 1) | (t3 >> 63);
331*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
332*0957b409SSimon J. Gerraty 
333*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
334*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Multiply the middle part (t4..t7) by 19. We truncate it to
335*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * 255 bits; the extra bits will go along with th.
336*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
337*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t4 * 19;
338*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (uint64_t)z;
339*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t5 * 19 + (z >> 64);
340*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = (uint64_t)z;
341*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t6 * 19 + (z >> 64);
342*0957b409SSimon J. Gerraty 	t6 = (uint64_t)z;
343*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t7 * 19 + (z >> 64);
344*0957b409SSimon J. Gerraty 	t7 = (uint64_t)z & MASK63;
345*0957b409SSimon J. Gerraty 
346*0957b409SSimon J. Gerraty 	th = (361 & -th) + (19 * (uint64_t)(z >> 63));
347*0957b409SSimon J. Gerraty 
348*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
349*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Add elements together.
350*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * At this point:
351*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   t0..t3 fits on 255 bits.
352*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   t4..t7 fits on 255 bits.
353*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   th <= 361 + 342 = 703.
354*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
355*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t0 + (unsigned __int128)t4
356*0957b409SSimon J. Gerraty 		+ (unsigned __int128)th;
357*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = (uint64_t)z;
358*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t1 + (unsigned __int128)t5 + (z >> 64);
359*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
360*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t2 + (unsigned __int128)t6 + (z >> 64);
361*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
362*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t3 + (unsigned __int128)t7 + (z >> 64);
363*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z & MASK63;
364*0957b409SSimon J. Gerraty 	th = (uint64_t)(z >> 63);
365*0957b409SSimon J. Gerraty 
366*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
367*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Since the sum is at most 2^256 + 703, the two upper bits, in th,
368*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * can only have value 0, 1 or 2. We just add th*19, which
369*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * guarantees a result of at most 2^255+37.
370*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
371*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t0 + (19 * th);
372*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[0] = (uint64_t)z;
373*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t1 + (z >> 64);
374*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[1] = (uint64_t)z;
375*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t2 + (z >> 64);
376*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[2] = (uint64_t)z;
377*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[3] = t3 + (uint64_t)(z >> 64);
378*0957b409SSimon J. Gerraty 
379*0957b409SSimon J. Gerraty #elif BR_UMUL128
380*0957b409SSimon J. Gerraty 
381*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, th;
382*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t h0, h1, h2, h3;
383*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char k;
384*0957b409SSimon J. Gerraty 
385*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
386*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Compute the product a*b over plain integers.
387*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
388*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = _umul128(a[0], b[0], &h0);
389*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = _umul128(a[0], b[1], &h1);
390*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t1, h0, &t1);
391*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = _umul128(a[0], b[2], &h2);
392*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, h1, &t2);
393*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = _umul128(a[0], b[3], &h3);
394*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t3, h2, &t3);
395*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, h3, 0, &t4);
396*0957b409SSimon J. Gerraty 
397*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, _umul128(a[1], b[0], &h0), t1, &t1);
398*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[1], b[1], &h1), t2, &t2);
399*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[1], b[2], &h2), t3, &t3);
400*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[1], b[3], &h3), t4, &t4);
401*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = k;
402*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t2, h0, &t2);
403*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t3, h1, &t3);
404*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t4, h2, &t4);
405*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t5, h3, &t5);
406*0957b409SSimon J. Gerraty 
407*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, _umul128(a[2], b[0], &h0), t2, &t2);
408*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[2], b[1], &h1), t3, &t3);
409*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[2], b[2], &h2), t4, &t4);
410*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[2], b[3], &h3), t5, &t5);
411*0957b409SSimon J. Gerraty 	t6 = k;
412*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t3, h0, &t3);
413*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t4, h1, &t4);
414*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t5, h2, &t5);
415*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t6, h3, &t6);
416*0957b409SSimon J. Gerraty 
417*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, _umul128(a[3], b[0], &h0), t3, &t3);
418*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[3], b[1], &h1), t4, &t4);
419*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[3], b[2], &h2), t5, &t5);
420*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, _umul128(a[3], b[3], &h3), t6, &t6);
421*0957b409SSimon J. Gerraty 	t7 = k;
422*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t4, h0, &t4);
423*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t5, h1, &t5);
424*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t6, h2, &t6);
425*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t7, h3, &t7);
426*0957b409SSimon J. Gerraty 
427*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
428*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Modulo p, we have:
429*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *
430*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   2^255 = 19
431*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   2^510 = 19*19 = 361
432*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *
433*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We split the intermediate t into three parts, in basis
434*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * 2^255. The low one will be in t0..t3; the middle one in t4..t7.
435*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * The upper one can only be a single bit (th), since the
436*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * multiplication operands are at most 2^255+37 each.
437*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
438*0957b409SSimon J. Gerraty 	th = t7 >> 62;
439*0957b409SSimon J. Gerraty 	t7 = ((t7 << 1) | (t6 >> 63)) & MASK63;
440*0957b409SSimon J. Gerraty 	t6 = (t6 << 1) | (t5 >> 63);
441*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = (t5 << 1) | (t4 >> 63);
442*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (t4 << 1) | (t3 >> 63);
443*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
444*0957b409SSimon J. Gerraty 
445*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
446*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Multiply the middle part (t4..t7) by 19. We truncate it to
447*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * 255 bits; the extra bits will go along with th.
448*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
449*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = _umul128(t4, 19, &h0);
450*0957b409SSimon J. Gerraty 	t5 = _umul128(t5, 19, &h1);
451*0957b409SSimon J. Gerraty 	t6 = _umul128(t6, 19, &h2);
452*0957b409SSimon J. Gerraty 	t7 = _umul128(t7, 19, &h3);
453*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t5, h0, &t5);
454*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t6, h1, &t6);
455*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t7, h2, &t7);
456*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, h3, 0, &h3);
457*0957b409SSimon J. Gerraty 	th = (361 & -th) + (19 * ((h3 << 1) + (t7 >> 63)));
458*0957b409SSimon J. Gerraty 	t7 &= MASK63;
459*0957b409SSimon J. Gerraty 
460*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
461*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Add elements together.
462*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * At this point:
463*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   t0..t3 fits on 255 bits.
464*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   t4..t7 fits on 255 bits.
465*0957b409SSimon J. Gerraty 	 *   th <= 361 + 342 = 703.
466*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
467*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t0, t4, &t0);
468*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t1, t5, &t1);
469*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, t6, &t2);
470*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t3, t7, &t3);
471*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = k;
472*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t0, th, &t0);
473*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t1, 0, &t1);
474*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, 0, &t2);
475*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t3, 0, &t3);
476*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t4, 0, &t4);
477*0957b409SSimon J. Gerraty 
478*0957b409SSimon J. Gerraty 	th = (t4 << 1) + (t3 >> 63);
479*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
480*0957b409SSimon J. Gerraty 
481*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
482*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Since the sum is at most 2^256 + 703, the two upper bits, in th,
483*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * can only have value 0, 1 or 2. We just add th*19, which
484*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * guarantees a result of at most 2^255+37.
485*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
486*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t0, 19 * th, &d[0]);
487*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t1, 0, &d[1]);
488*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, 0, &d[2]);
489*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t3, 0, &d[3]);
490*0957b409SSimon J. Gerraty 
491*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
492*0957b409SSimon J. Gerraty }
493*0957b409SSimon J. Gerraty 
494*0957b409SSimon J. Gerraty /*
495*0957b409SSimon J. Gerraty  * Multiplication by A24 = 121665.
496*0957b409SSimon J. Gerraty  */
497*0957b409SSimon J. Gerraty static inline void
f255_mul_a24(uint64_t * d,const uint64_t * a)498*0957b409SSimon J. Gerraty f255_mul_a24(uint64_t *d, const uint64_t *a)
499*0957b409SSimon J. Gerraty {
500*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128
501*0957b409SSimon J. Gerraty 
502*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3;
503*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned __int128 z;
504*0957b409SSimon J. Gerraty 
505*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] * 121665;
506*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = (uint64_t)z;
507*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] * 121665 + (z >> 64);
508*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
509*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] * 121665 + (z >> 64);
510*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
511*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[3] * 121665 + (z >> 64);
512*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = (uint64_t)z & MASK63;
513*0957b409SSimon J. Gerraty 
514*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t0 + (19 * (uint64_t)(z >> 63));
515*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = (uint64_t)z;
516*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t1 + (z >> 64);
517*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
518*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t2 + (z >> 64);
519*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
520*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = t3 + (uint64_t)(z >> 64);
521*0957b409SSimon J. Gerraty 
522*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t0 + (19 & -(t3 >> 63));
523*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[0] = (uint64_t)z;
524*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t1 + (z >> 64);
525*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[1] = (uint64_t)z;
526*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)t2 + (z >> 64);
527*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[2] = (uint64_t)z;
528*0957b409SSimon J. Gerraty 	d[3] = (t3 & MASK63) + (uint64_t)(z >> 64);
529*0957b409SSimon J. Gerraty 
530*0957b409SSimon J. Gerraty #elif BR_UMUL128
531*0957b409SSimon J. Gerraty 
532*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, t4, h0, h1, h2, h3;
533*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char k;
534*0957b409SSimon J. Gerraty 
535*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = _umul128(a[0], 121665, &h0);
536*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = _umul128(a[1], 121665, &h1);
537*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t1, h0, &t1);
538*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = _umul128(a[2], 121665, &h2);
539*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, h1, &t2);
540*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = _umul128(a[3], 121665, &h3);
541*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t3, h2, &t3);
542*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, h3, 0, &t4);
543*0957b409SSimon J. Gerraty 
544*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = (t4 << 1) + (t3 >> 63);
545*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
546*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t0, 19 * t4, &t0);
547*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t1, 0, &t1);
548*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, 0, &t2);
549*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t3, 0, &t3);
550*0957b409SSimon J. Gerraty 
551*0957b409SSimon J. Gerraty 	t4 = 19 & -(t3 >> 63);
552*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
553*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, t0, t4, &d[0]);
554*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t1, 0, &d[1]);
555*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, t2, 0, &d[2]);
556*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, t3, 0, &d[3]);
557*0957b409SSimon J. Gerraty 
558*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
559*0957b409SSimon J. Gerraty }
560*0957b409SSimon J. Gerraty 
561*0957b409SSimon J. Gerraty /*
562*0957b409SSimon J. Gerraty  * Finalize reduction.
563*0957b409SSimon J. Gerraty  */
564*0957b409SSimon J. Gerraty static inline void
f255_final_reduce(uint64_t * a)565*0957b409SSimon J. Gerraty f255_final_reduce(uint64_t *a)
566*0957b409SSimon J. Gerraty {
567*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128
568*0957b409SSimon J. Gerraty 
569*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, m;
570*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned __int128 z;
571*0957b409SSimon J. Gerraty 
572*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
573*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We add 19. If the result (in t) is below 2^255, then a[]
574*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * is already less than 2^255-19, thus already reduced.
575*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Otherwise, we subtract 2^255 from t[], in which case we
576*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * have t = a - (2^255-19), and that's our result.
577*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
578*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[0] + 19;
579*0957b409SSimon J. Gerraty 	t0 = (uint64_t)z;
580*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[1] + (z >> 64);
581*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = (uint64_t)z;
582*0957b409SSimon J. Gerraty 	z = (unsigned __int128)a[2] + (z >> 64);
583*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = (uint64_t)z;
584*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 = a[3] + (uint64_t)(z >> 64);
585*0957b409SSimon J. Gerraty 
586*0957b409SSimon J. Gerraty 	m = -(t3 >> 63);
587*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
588*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[0] ^= m & (a[0] ^ t0);
589*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[1] ^= m & (a[1] ^ t1);
590*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[2] ^= m & (a[2] ^ t2);
591*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[3] ^= m & (a[3] ^ t3);
592*0957b409SSimon J. Gerraty 
593*0957b409SSimon J. Gerraty #elif BR_UMUL128
594*0957b409SSimon J. Gerraty 
595*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t t0, t1, t2, t3, m;
596*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char k;
597*0957b409SSimon J. Gerraty 
598*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
599*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We add 19. If the result (in t) is below 2^255, then a[]
600*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * is already less than 2^255-19, thus already reduced.
601*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Otherwise, we subtract 2^255 from t[], in which case we
602*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * have t = a - (2^255-19), and that's our result.
603*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
604*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(0, a[0], 19, &t0);
605*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, a[1], 0, &t1);
606*0957b409SSimon J. Gerraty 	k = _addcarry_u64(k, a[2], 0, &t2);
607*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)_addcarry_u64(k, a[3], 0, &t3);
608*0957b409SSimon J. Gerraty 
609*0957b409SSimon J. Gerraty 	m = -(t3 >> 63);
610*0957b409SSimon J. Gerraty 	t3 &= MASK63;
611*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[0] ^= m & (a[0] ^ t0);
612*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[1] ^= m & (a[1] ^ t1);
613*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[2] ^= m & (a[2] ^ t2);
614*0957b409SSimon J. Gerraty 	a[3] ^= m & (a[3] ^ t3);
615*0957b409SSimon J. Gerraty 
616*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
617*0957b409SSimon J. Gerraty }
618*0957b409SSimon J. Gerraty 
619*0957b409SSimon J. Gerraty static uint32_t
api_mul(unsigned char * G,size_t Glen,const unsigned char * kb,size_t kblen,int curve)620*0957b409SSimon J. Gerraty api_mul(unsigned char *G, size_t Glen,
621*0957b409SSimon J. Gerraty 	const unsigned char *kb, size_t kblen, int curve)
622*0957b409SSimon J. Gerraty {
623*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char k[32];
624*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t x1[4], x2[4], z2[4], x3[4], z3[4];
625*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint32_t swap;
626*0957b409SSimon J. Gerraty 	int i;
627*0957b409SSimon J. Gerraty 
628*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)curve;
629*0957b409SSimon J. Gerraty 
630*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
631*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Points are encoded over exactly 32 bytes. Multipliers must fit
632*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * in 32 bytes as well.
633*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
634*0957b409SSimon J. Gerraty 	if (Glen != 32 || kblen > 32) {
635*0957b409SSimon J. Gerraty 		return 0;
636*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
637*0957b409SSimon J. Gerraty 
638*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
639*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * RFC 7748 mandates that the high bit of the last point byte must
640*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * be ignored/cleared.
641*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
642*0957b409SSimon J. Gerraty 	x1[0] = br_dec64le(&G[ 0]);
643*0957b409SSimon J. Gerraty 	x1[1] = br_dec64le(&G[ 8]);
644*0957b409SSimon J. Gerraty 	x1[2] = br_dec64le(&G[16]);
645*0957b409SSimon J. Gerraty 	x1[3] = br_dec64le(&G[24]) & MASK63;
646*0957b409SSimon J. Gerraty 
647*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
648*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We can use memset() to clear values, because exact-width types
649*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * like uint64_t are guaranteed to have no padding bits or
650*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * trap representations.
651*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
652*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(x2, 0, sizeof x2);
653*0957b409SSimon J. Gerraty 	x2[0] = 1;
654*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(z2, 0, sizeof z2);
655*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(x3, x1, sizeof x1);
656*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(z3, x2, sizeof x2);
657*0957b409SSimon J. Gerraty 
658*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
659*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * The multiplier is provided in big-endian notation, and
660*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * possibly shorter than 32 bytes.
661*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
662*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(k, 0, (sizeof k) - kblen);
663*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(k + (sizeof k) - kblen, kb, kblen);
664*0957b409SSimon J. Gerraty 	k[31] &= 0xF8;
665*0957b409SSimon J. Gerraty 	k[0] &= 0x7F;
666*0957b409SSimon J. Gerraty 	k[0] |= 0x40;
667*0957b409SSimon J. Gerraty 
668*0957b409SSimon J. Gerraty 	swap = 0;
669*0957b409SSimon J. Gerraty 
670*0957b409SSimon J. Gerraty 	for (i = 254; i >= 0; i --) {
671*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t a[4], aa[4], b[4], bb[4], e[4];
672*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t c[4], d[4], da[4], cb[4];
673*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint32_t kt;
674*0957b409SSimon J. Gerraty 
675*0957b409SSimon J. Gerraty 		kt = (k[31 - (i >> 3)] >> (i & 7)) & 1;
676*0957b409SSimon J. Gerraty 		swap ^= kt;
677*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_cswap(x2, x3, swap);
678*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_cswap(z2, z3, swap);
679*0957b409SSimon J. Gerraty 		swap = kt;
680*0957b409SSimon J. Gerraty 
681*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* A = x_2 + z_2 */
682*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_add(a, x2, z2);
683*0957b409SSimon J. Gerraty 
684*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* AA = A^2 */
685*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(aa, a, a);
686*0957b409SSimon J. Gerraty 
687*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* B = x_2 - z_2 */
688*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_sub(b, x2, z2);
689*0957b409SSimon J. Gerraty 
690*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* BB = B^2 */
691*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(bb, b, b);
692*0957b409SSimon J. Gerraty 
693*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* E = AA - BB */
694*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_sub(e, aa, bb);
695*0957b409SSimon J. Gerraty 
696*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* C = x_3 + z_3 */
697*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_add(c, x3, z3);
698*0957b409SSimon J. Gerraty 
699*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* D = x_3 - z_3 */
700*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_sub(d, x3, z3);
701*0957b409SSimon J. Gerraty 
702*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* DA = D * A */
703*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(da, d, a);
704*0957b409SSimon J. Gerraty 
705*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* CB = C * B */
706*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(cb, c, b);
707*0957b409SSimon J. Gerraty 
708*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* x_3 = (DA + CB)^2 */
709*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_add(x3, da, cb);
710*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(x3, x3, x3);
711*0957b409SSimon J. Gerraty 
712*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* z_3 = x_1 * (DA - CB)^2 */
713*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_sub(z3, da, cb);
714*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(z3, z3, z3);
715*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(z3, x1, z3);
716*0957b409SSimon J. Gerraty 
717*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* x_2 = AA * BB */
718*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(x2, aa, bb);
719*0957b409SSimon J. Gerraty 
720*0957b409SSimon J. Gerraty 		/* z_2 = E * (AA + a24 * E) */
721*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul_a24(z2, e);
722*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_add(z2, aa, z2);
723*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(z2, e, z2);
724*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
725*0957b409SSimon J. Gerraty 
726*0957b409SSimon J. Gerraty 	f255_cswap(x2, x3, swap);
727*0957b409SSimon J. Gerraty 	f255_cswap(z2, z3, swap);
728*0957b409SSimon J. Gerraty 
729*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
730*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Compute 1/z2 = z2^(p-2). Since p = 2^255-19, we can mutualize
731*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * most non-squarings. We use x1 and x3, now useless, as temporaries.
732*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
733*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(x1, z2, sizeof z2);
734*0957b409SSimon J. Gerraty 	for (i = 0; i < 15; i ++) {
735*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(x1, x1, x1);
736*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(x1, x1, z2);
737*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
738*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(x3, x1, sizeof x1);
739*0957b409SSimon J. Gerraty 	for (i = 0; i < 14; i ++) {
740*0957b409SSimon J. Gerraty 		int j;
741*0957b409SSimon J. Gerraty 
742*0957b409SSimon J. Gerraty 		for (j = 0; j < 16; j ++) {
743*0957b409SSimon J. Gerraty 			f255_mul(x3, x3, x3);
744*0957b409SSimon J. Gerraty 		}
745*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(x3, x3, x1);
746*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
747*0957b409SSimon J. Gerraty 	for (i = 14; i >= 0; i --) {
748*0957b409SSimon J. Gerraty 		f255_mul(x3, x3, x3);
749*0957b409SSimon J. Gerraty 		if ((0xFFEB >> i) & 1) {
750*0957b409SSimon J. Gerraty 			f255_mul(x3, z2, x3);
751*0957b409SSimon J. Gerraty 		}
752*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
753*0957b409SSimon J. Gerraty 
754*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
755*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Compute x2/z2. We have 1/z2 in x3.
756*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
757*0957b409SSimon J. Gerraty 	f255_mul(x2, x2, x3);
758*0957b409SSimon J. Gerraty 	f255_final_reduce(x2);
759*0957b409SSimon J. Gerraty 
760*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
761*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Encode the final x2 value in little-endian.
762*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
763*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64le(G,      x2[0]);
764*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64le(G +  8, x2[1]);
765*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64le(G + 16, x2[2]);
766*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64le(G + 24, x2[3]);
767*0957b409SSimon J. Gerraty 	return 1;
768*0957b409SSimon J. Gerraty }
769*0957b409SSimon J. Gerraty 
770*0957b409SSimon J. Gerraty static size_t
api_mulgen(unsigned char * R,const unsigned char * x,size_t xlen,int curve)771*0957b409SSimon J. Gerraty api_mulgen(unsigned char *R,
772*0957b409SSimon J. Gerraty 	const unsigned char *x, size_t xlen, int curve)
773*0957b409SSimon J. Gerraty {
774*0957b409SSimon J. Gerraty 	const unsigned char *G;
775*0957b409SSimon J. Gerraty 	size_t Glen;
776*0957b409SSimon J. Gerraty 
777*0957b409SSimon J. Gerraty 	G = api_generator(curve, &Glen);
778*0957b409SSimon J. Gerraty 	memcpy(R, G, Glen);
779*0957b409SSimon J. Gerraty 	api_mul(R, Glen, x, xlen, curve);
780*0957b409SSimon J. Gerraty 	return Glen;
781*0957b409SSimon J. Gerraty }
782*0957b409SSimon J. Gerraty 
783*0957b409SSimon J. Gerraty static uint32_t
api_muladd(unsigned char * A,const unsigned char * B,size_t len,const unsigned char * x,size_t xlen,const unsigned char * y,size_t ylen,int curve)784*0957b409SSimon J. Gerraty api_muladd(unsigned char *A, const unsigned char *B, size_t len,
785*0957b409SSimon J. Gerraty 	const unsigned char *x, size_t xlen,
786*0957b409SSimon J. Gerraty 	const unsigned char *y, size_t ylen, int curve)
787*0957b409SSimon J. Gerraty {
788*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
789*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * We don't implement this method, since it is used for ECDSA
790*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * only, and there is no ECDSA over Curve25519 (which instead
791*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * uses EdDSA).
792*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
793*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)A;
794*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)B;
795*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)len;
796*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)x;
797*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)xlen;
798*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)y;
799*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)ylen;
800*0957b409SSimon J. Gerraty 	(void)curve;
801*0957b409SSimon J. Gerraty 	return 0;
802*0957b409SSimon J. Gerraty }
803*0957b409SSimon J. Gerraty 
804*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_ec.h */
805*0957b409SSimon J. Gerraty const br_ec_impl br_ec_c25519_m64 = {
806*0957b409SSimon J. Gerraty 	(uint32_t)0x20000000,
807*0957b409SSimon J. Gerraty 	&api_generator,
808*0957b409SSimon J. Gerraty 	&api_order,
809*0957b409SSimon J. Gerraty 	&api_xoff,
810*0957b409SSimon J. Gerraty 	&api_mul,
811*0957b409SSimon J. Gerraty 	&api_mulgen,
812*0957b409SSimon J. Gerraty 	&api_muladd
813*0957b409SSimon J. Gerraty };
814*0957b409SSimon J. Gerraty 
815*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_ec.h */
816*0957b409SSimon J. Gerraty const br_ec_impl *
br_ec_c25519_m64_get(void)817*0957b409SSimon J. Gerraty br_ec_c25519_m64_get(void)
818*0957b409SSimon J. Gerraty {
819*0957b409SSimon J. Gerraty 	return &br_ec_c25519_m64;
820*0957b409SSimon J. Gerraty }
821*0957b409SSimon J. Gerraty 
822*0957b409SSimon J. Gerraty #else
823*0957b409SSimon J. Gerraty 
824*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_ec.h */
825*0957b409SSimon J. Gerraty const br_ec_impl *
br_ec_c25519_m64_get(void)826*0957b409SSimon J. Gerraty br_ec_c25519_m64_get(void)
827*0957b409SSimon J. Gerraty {
828*0957b409SSimon J. Gerraty 	return 0;
829*0957b409SSimon J. Gerraty }
830*0957b409SSimon J. Gerraty 
831*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
832