perf data: Add is_perf_data function
[linux-2.6-microblaze.git] / crypto / ecc.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2013, 2014 Kenneth MacKay. All rights reserved.
3  * Copyright (c) 2019 Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions are
7  * met:
8  *  * Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *   notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  *  * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  *
14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
15  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
16  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
17  * A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
18  * HOLDER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
19  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
20  * LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
21  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
22  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
23  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
24  * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
25  */
26
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/random.h>
29 #include <linux/slab.h>
30 #include <linux/swab.h>
31 #include <linux/fips.h>
32 #include <crypto/ecdh.h>
33 #include <crypto/rng.h>
34 #include <asm/unaligned.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36
37 #include "ecc.h"
38 #include "ecc_curve_defs.h"
39
40 typedef struct {
41         u64 m_low;
42         u64 m_high;
43 } uint128_t;
44
45 static inline const struct ecc_curve *ecc_get_curve(unsigned int curve_id)
46 {
47         switch (curve_id) {
48         /* In FIPS mode only allow P256 and higher */
49         case ECC_CURVE_NIST_P192:
50                 return fips_enabled ? NULL : &nist_p192;
51         case ECC_CURVE_NIST_P256:
52                 return &nist_p256;
53         default:
54                 return NULL;
55         }
56 }
57
58 static u64 *ecc_alloc_digits_space(unsigned int ndigits)
59 {
60         size_t len = ndigits * sizeof(u64);
61
62         if (!len)
63                 return NULL;
64
65         return kmalloc(len, GFP_KERNEL);
66 }
67
68 static void ecc_free_digits_space(u64 *space)
69 {
70         kfree_sensitive(space);
71 }
72
73 static struct ecc_point *ecc_alloc_point(unsigned int ndigits)
74 {
75         struct ecc_point *p = kmalloc(sizeof(*p), GFP_KERNEL);
76
77         if (!p)
78                 return NULL;
79
80         p->x = ecc_alloc_digits_space(ndigits);
81         if (!p->x)
82                 goto err_alloc_x;
83
84         p->y = ecc_alloc_digits_space(ndigits);
85         if (!p->y)
86                 goto err_alloc_y;
87
88         p->ndigits = ndigits;
89
90         return p;
91
92 err_alloc_y:
93         ecc_free_digits_space(p->x);
94 err_alloc_x:
95         kfree(p);
96         return NULL;
97 }
98
99 static void ecc_free_point(struct ecc_point *p)
100 {
101         if (!p)
102                 return;
103
104         kfree_sensitive(p->x);
105         kfree_sensitive(p->y);
106         kfree_sensitive(p);
107 }
108
109 static void vli_clear(u64 *vli, unsigned int ndigits)
110 {
111         int i;
112
113         for (i = 0; i < ndigits; i++)
114                 vli[i] = 0;
115 }
116
117 /* Returns true if vli == 0, false otherwise. */
118 bool vli_is_zero(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
119 {
120         int i;
121
122         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
123                 if (vli[i])
124                         return false;
125         }
126
127         return true;
128 }
129 EXPORT_SYMBOL(vli_is_zero);
130
131 /* Returns nonzero if bit bit of vli is set. */
132 static u64 vli_test_bit(const u64 *vli, unsigned int bit)
133 {
134         return (vli[bit / 64] & ((u64)1 << (bit % 64)));
135 }
136
137 static bool vli_is_negative(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
138 {
139         return vli_test_bit(vli, ndigits * 64 - 1);
140 }
141
142 /* Counts the number of 64-bit "digits" in vli. */
143 static unsigned int vli_num_digits(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
144 {
145         int i;
146
147         /* Search from the end until we find a non-zero digit.
148          * We do it in reverse because we expect that most digits will
149          * be nonzero.
150          */
151         for (i = ndigits - 1; i >= 0 && vli[i] == 0; i--);
152
153         return (i + 1);
154 }
155
156 /* Counts the number of bits required for vli. */
157 static unsigned int vli_num_bits(const u64 *vli, unsigned int ndigits)
158 {
159         unsigned int i, num_digits;
160         u64 digit;
161
162         num_digits = vli_num_digits(vli, ndigits);
163         if (num_digits == 0)
164                 return 0;
165
166         digit = vli[num_digits - 1];
167         for (i = 0; digit; i++)
168                 digit >>= 1;
169
170         return ((num_digits - 1) * 64 + i);
171 }
172
173 /* Set dest from unaligned bit string src. */
174 void vli_from_be64(u64 *dest, const void *src, unsigned int ndigits)
175 {
176         int i;
177         const u64 *from = src;
178
179         for (i = 0; i < ndigits; i++)
180                 dest[i] = get_unaligned_be64(&from[ndigits - 1 - i]);
181 }
182 EXPORT_SYMBOL(vli_from_be64);
183
184 void vli_from_le64(u64 *dest, const void *src, unsigned int ndigits)
185 {
186         int i;
187         const u64 *from = src;
188
189         for (i = 0; i < ndigits; i++)
190                 dest[i] = get_unaligned_le64(&from[i]);
191 }
192 EXPORT_SYMBOL(vli_from_le64);
193
194 /* Sets dest = src. */
195 static void vli_set(u64 *dest, const u64 *src, unsigned int ndigits)
196 {
197         int i;
198
199         for (i = 0; i < ndigits; i++)
200                 dest[i] = src[i];
201 }
202
203 /* Returns sign of left - right. */
204 int vli_cmp(const u64 *left, const u64 *right, unsigned int ndigits)
205 {
206         int i;
207
208         for (i = ndigits - 1; i >= 0; i--) {
209                 if (left[i] > right[i])
210                         return 1;
211                 else if (left[i] < right[i])
212                         return -1;
213         }
214
215         return 0;
216 }
217 EXPORT_SYMBOL(vli_cmp);
218
219 /* Computes result = in << c, returning carry. Can modify in place
220  * (if result == in). 0 < shift < 64.
221  */
222 static u64 vli_lshift(u64 *result, const u64 *in, unsigned int shift,
223                       unsigned int ndigits)
224 {
225         u64 carry = 0;
226         int i;
227
228         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
229                 u64 temp = in[i];
230
231                 result[i] = (temp << shift) | carry;
232                 carry = temp >> (64 - shift);
233         }
234
235         return carry;
236 }
237
238 /* Computes vli = vli >> 1. */
239 static void vli_rshift1(u64 *vli, unsigned int ndigits)
240 {
241         u64 *end = vli;
242         u64 carry = 0;
243
244         vli += ndigits;
245
246         while (vli-- > end) {
247                 u64 temp = *vli;
248                 *vli = (temp >> 1) | carry;
249                 carry = temp << 63;
250         }
251 }
252
253 /* Computes result = left + right, returning carry. Can modify in place. */
254 static u64 vli_add(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
255                    unsigned int ndigits)
256 {
257         u64 carry = 0;
258         int i;
259
260         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
261                 u64 sum;
262
263                 sum = left[i] + right[i] + carry;
264                 if (sum != left[i])
265                         carry = (sum < left[i]);
266
267                 result[i] = sum;
268         }
269
270         return carry;
271 }
272
273 /* Computes result = left + right, returning carry. Can modify in place. */
274 static u64 vli_uadd(u64 *result, const u64 *left, u64 right,
275                     unsigned int ndigits)
276 {
277         u64 carry = right;
278         int i;
279
280         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
281                 u64 sum;
282
283                 sum = left[i] + carry;
284                 if (sum != left[i])
285                         carry = (sum < left[i]);
286                 else
287                         carry = !!carry;
288
289                 result[i] = sum;
290         }
291
292         return carry;
293 }
294
295 /* Computes result = left - right, returning borrow. Can modify in place. */
296 u64 vli_sub(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
297                    unsigned int ndigits)
298 {
299         u64 borrow = 0;
300         int i;
301
302         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
303                 u64 diff;
304
305                 diff = left[i] - right[i] - borrow;
306                 if (diff != left[i])
307                         borrow = (diff > left[i]);
308
309                 result[i] = diff;
310         }
311
312         return borrow;
313 }
314 EXPORT_SYMBOL(vli_sub);
315
316 /* Computes result = left - right, returning borrow. Can modify in place. */
317 static u64 vli_usub(u64 *result, const u64 *left, u64 right,
318              unsigned int ndigits)
319 {
320         u64 borrow = right;
321         int i;
322
323         for (i = 0; i < ndigits; i++) {
324                 u64 diff;
325
326                 diff = left[i] - borrow;
327                 if (diff != left[i])
328                         borrow = (diff > left[i]);
329
330                 result[i] = diff;
331         }
332
333         return borrow;
334 }
335
336 static uint128_t mul_64_64(u64 left, u64 right)
337 {
338         uint128_t result;
339 #if defined(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_INT128)
340         unsigned __int128 m = (unsigned __int128)left * right;
341
342         result.m_low  = m;
343         result.m_high = m >> 64;
344 #else
345         u64 a0 = left & 0xffffffffull;
346         u64 a1 = left >> 32;
347         u64 b0 = right & 0xffffffffull;
348         u64 b1 = right >> 32;
349         u64 m0 = a0 * b0;
350         u64 m1 = a0 * b1;
351         u64 m2 = a1 * b0;
352         u64 m3 = a1 * b1;
353
354         m2 += (m0 >> 32);
355         m2 += m1;
356
357         /* Overflow */
358         if (m2 < m1)
359                 m3 += 0x100000000ull;
360
361         result.m_low = (m0 & 0xffffffffull) | (m2 << 32);
362         result.m_high = m3 + (m2 >> 32);
363 #endif
364         return result;
365 }
366
367 static uint128_t add_128_128(uint128_t a, uint128_t b)
368 {
369         uint128_t result;
370
371         result.m_low = a.m_low + b.m_low;
372         result.m_high = a.m_high + b.m_high + (result.m_low < a.m_low);
373
374         return result;
375 }
376
377 static void vli_mult(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
378                      unsigned int ndigits)
379 {
380         uint128_t r01 = { 0, 0 };
381         u64 r2 = 0;
382         unsigned int i, k;
383
384         /* Compute each digit of result in sequence, maintaining the
385          * carries.
386          */
387         for (k = 0; k < ndigits * 2 - 1; k++) {
388                 unsigned int min;
389
390                 if (k < ndigits)
391                         min = 0;
392                 else
393                         min = (k + 1) - ndigits;
394
395                 for (i = min; i <= k && i < ndigits; i++) {
396                         uint128_t product;
397
398                         product = mul_64_64(left[i], right[k - i]);
399
400                         r01 = add_128_128(r01, product);
401                         r2 += (r01.m_high < product.m_high);
402                 }
403
404                 result[k] = r01.m_low;
405                 r01.m_low = r01.m_high;
406                 r01.m_high = r2;
407                 r2 = 0;
408         }
409
410         result[ndigits * 2 - 1] = r01.m_low;
411 }
412
413 /* Compute product = left * right, for a small right value. */
414 static void vli_umult(u64 *result, const u64 *left, u32 right,
415                       unsigned int ndigits)
416 {
417         uint128_t r01 = { 0 };
418         unsigned int k;
419
420         for (k = 0; k < ndigits; k++) {
421                 uint128_t product;
422
423                 product = mul_64_64(left[k], right);
424                 r01 = add_128_128(r01, product);
425                 /* no carry */
426                 result[k] = r01.m_low;
427                 r01.m_low = r01.m_high;
428                 r01.m_high = 0;
429         }
430         result[k] = r01.m_low;
431         for (++k; k < ndigits * 2; k++)
432                 result[k] = 0;
433 }
434
435 static void vli_square(u64 *result, const u64 *left, unsigned int ndigits)
436 {
437         uint128_t r01 = { 0, 0 };
438         u64 r2 = 0;
439         int i, k;
440
441         for (k = 0; k < ndigits * 2 - 1; k++) {
442                 unsigned int min;
443
444                 if (k < ndigits)
445                         min = 0;
446                 else
447                         min = (k + 1) - ndigits;
448
449                 for (i = min; i <= k && i <= k - i; i++) {
450                         uint128_t product;
451
452                         product = mul_64_64(left[i], left[k - i]);
453
454                         if (i < k - i) {
455                                 r2 += product.m_high >> 63;
456                                 product.m_high = (product.m_high << 1) |
457                                                  (product.m_low >> 63);
458                                 product.m_low <<= 1;
459                         }
460
461                         r01 = add_128_128(r01, product);
462                         r2 += (r01.m_high < product.m_high);
463                 }
464
465                 result[k] = r01.m_low;
466                 r01.m_low = r01.m_high;
467                 r01.m_high = r2;
468                 r2 = 0;
469         }
470
471         result[ndigits * 2 - 1] = r01.m_low;
472 }
473
474 /* Computes result = (left + right) % mod.
475  * Assumes that left < mod and right < mod, result != mod.
476  */
477 static void vli_mod_add(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
478                         const u64 *mod, unsigned int ndigits)
479 {
480         u64 carry;
481
482         carry = vli_add(result, left, right, ndigits);
483
484         /* result > mod (result = mod + remainder), so subtract mod to
485          * get remainder.
486          */
487         if (carry || vli_cmp(result, mod, ndigits) >= 0)
488                 vli_sub(result, result, mod, ndigits);
489 }
490
491 /* Computes result = (left - right) % mod.
492  * Assumes that left < mod and right < mod, result != mod.
493  */
494 static void vli_mod_sub(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
495                         const u64 *mod, unsigned int ndigits)
496 {
497         u64 borrow = vli_sub(result, left, right, ndigits);
498
499         /* In this case, p_result == -diff == (max int) - diff.
500          * Since -x % d == d - x, we can get the correct result from
501          * result + mod (with overflow).
502          */
503         if (borrow)
504                 vli_add(result, result, mod, ndigits);
505 }
506
507 /*
508  * Computes result = product % mod
509  * for special form moduli: p = 2^k-c, for small c (note the minus sign)
510  *
511  * References:
512  * R. Crandall, C. Pomerance. Prime Numbers: A Computational Perspective.
513  * 9 Fast Algorithms for Large-Integer Arithmetic. 9.2.3 Moduli of special form
514  * Algorithm 9.2.13 (Fast mod operation for special-form moduli).
515  */
516 static void vli_mmod_special(u64 *result, const u64 *product,
517                               const u64 *mod, unsigned int ndigits)
518 {
519         u64 c = -mod[0];
520         u64 t[ECC_MAX_DIGITS * 2];
521         u64 r[ECC_MAX_DIGITS * 2];
522
523         vli_set(r, product, ndigits * 2);
524         while (!vli_is_zero(r + ndigits, ndigits)) {
525                 vli_umult(t, r + ndigits, c, ndigits);
526                 vli_clear(r + ndigits, ndigits);
527                 vli_add(r, r, t, ndigits * 2);
528         }
529         vli_set(t, mod, ndigits);
530         vli_clear(t + ndigits, ndigits);
531         while (vli_cmp(r, t, ndigits * 2) >= 0)
532                 vli_sub(r, r, t, ndigits * 2);
533         vli_set(result, r, ndigits);
534 }
535
536 /*
537  * Computes result = product % mod
538  * for special form moduli: p = 2^{k-1}+c, for small c (note the plus sign)
539  * where k-1 does not fit into qword boundary by -1 bit (such as 255).
540
541  * References (loosely based on):
542  * A. Menezes, P. van Oorschot, S. Vanstone. Handbook of Applied Cryptography.
543  * 14.3.4 Reduction methods for moduli of special form. Algorithm 14.47.
544  * URL: http://cacr.uwaterloo.ca/hac/about/chap14.pdf
545  *
546  * H. Cohen, G. Frey, R. Avanzi, C. Doche, T. Lange, K. Nguyen, F. Vercauteren.
547  * Handbook of Elliptic and Hyperelliptic Curve Cryptography.
548  * Algorithm 10.25 Fast reduction for special form moduli
549  */
550 static void vli_mmod_special2(u64 *result, const u64 *product,
551                                const u64 *mod, unsigned int ndigits)
552 {
553         u64 c2 = mod[0] * 2;
554         u64 q[ECC_MAX_DIGITS];
555         u64 r[ECC_MAX_DIGITS * 2];
556         u64 m[ECC_MAX_DIGITS * 2]; /* expanded mod */
557         int carry; /* last bit that doesn't fit into q */
558         int i;
559
560         vli_set(m, mod, ndigits);
561         vli_clear(m + ndigits, ndigits);
562
563         vli_set(r, product, ndigits);
564         /* q and carry are top bits */
565         vli_set(q, product + ndigits, ndigits);
566         vli_clear(r + ndigits, ndigits);
567         carry = vli_is_negative(r, ndigits);
568         if (carry)
569                 r[ndigits - 1] &= (1ull << 63) - 1;
570         for (i = 1; carry || !vli_is_zero(q, ndigits); i++) {
571                 u64 qc[ECC_MAX_DIGITS * 2];
572
573                 vli_umult(qc, q, c2, ndigits);
574                 if (carry)
575                         vli_uadd(qc, qc, mod[0], ndigits * 2);
576                 vli_set(q, qc + ndigits, ndigits);
577                 vli_clear(qc + ndigits, ndigits);
578                 carry = vli_is_negative(qc, ndigits);
579                 if (carry)
580                         qc[ndigits - 1] &= (1ull << 63) - 1;
581                 if (i & 1)
582                         vli_sub(r, r, qc, ndigits * 2);
583                 else
584                         vli_add(r, r, qc, ndigits * 2);
585         }
586         while (vli_is_negative(r, ndigits * 2))
587                 vli_add(r, r, m, ndigits * 2);
588         while (vli_cmp(r, m, ndigits * 2) >= 0)
589                 vli_sub(r, r, m, ndigits * 2);
590
591         vli_set(result, r, ndigits);
592 }
593
594 /*
595  * Computes result = product % mod, where product is 2N words long.
596  * Reference: Ken MacKay's micro-ecc.
597  * Currently only designed to work for curve_p or curve_n.
598  */
599 static void vli_mmod_slow(u64 *result, u64 *product, const u64 *mod,
600                           unsigned int ndigits)
601 {
602         u64 mod_m[2 * ECC_MAX_DIGITS];
603         u64 tmp[2 * ECC_MAX_DIGITS];
604         u64 *v[2] = { tmp, product };
605         u64 carry = 0;
606         unsigned int i;
607         /* Shift mod so its highest set bit is at the maximum position. */
608         int shift = (ndigits * 2 * 64) - vli_num_bits(mod, ndigits);
609         int word_shift = shift / 64;
610         int bit_shift = shift % 64;
611
612         vli_clear(mod_m, word_shift);
613         if (bit_shift > 0) {
614                 for (i = 0; i < ndigits; ++i) {
615                         mod_m[word_shift + i] = (mod[i] << bit_shift) | carry;
616                         carry = mod[i] >> (64 - bit_shift);
617                 }
618         } else
619                 vli_set(mod_m + word_shift, mod, ndigits);
620
621         for (i = 1; shift >= 0; --shift) {
622                 u64 borrow = 0;
623                 unsigned int j;
624
625                 for (j = 0; j < ndigits * 2; ++j) {
626                         u64 diff = v[i][j] - mod_m[j] - borrow;
627
628                         if (diff != v[i][j])
629                                 borrow = (diff > v[i][j]);
630                         v[1 - i][j] = diff;
631                 }
632                 i = !(i ^ borrow); /* Swap the index if there was no borrow */
633                 vli_rshift1(mod_m, ndigits);
634                 mod_m[ndigits - 1] |= mod_m[ndigits] << (64 - 1);
635                 vli_rshift1(mod_m + ndigits, ndigits);
636         }
637         vli_set(result, v[i], ndigits);
638 }
639
640 /* Computes result = product % mod using Barrett's reduction with precomputed
641  * value mu appended to the mod after ndigits, mu = (2^{2w} / mod) and have
642  * length ndigits + 1, where mu * (2^w - 1) should not overflow ndigits
643  * boundary.
644  *
645  * Reference:
646  * R. Brent, P. Zimmermann. Modern Computer Arithmetic. 2010.
647  * 2.4.1 Barrett's algorithm. Algorithm 2.5.
648  */
649 static void vli_mmod_barrett(u64 *result, u64 *product, const u64 *mod,
650                              unsigned int ndigits)
651 {
652         u64 q[ECC_MAX_DIGITS * 2];
653         u64 r[ECC_MAX_DIGITS * 2];
654         const u64 *mu = mod + ndigits;
655
656         vli_mult(q, product + ndigits, mu, ndigits);
657         if (mu[ndigits])
658                 vli_add(q + ndigits, q + ndigits, product + ndigits, ndigits);
659         vli_mult(r, mod, q + ndigits, ndigits);
660         vli_sub(r, product, r, ndigits * 2);
661         while (!vli_is_zero(r + ndigits, ndigits) ||
662                vli_cmp(r, mod, ndigits) != -1) {
663                 u64 carry;
664
665                 carry = vli_sub(r, r, mod, ndigits);
666                 vli_usub(r + ndigits, r + ndigits, carry, ndigits);
667         }
668         vli_set(result, r, ndigits);
669 }
670
671 /* Computes p_result = p_product % curve_p.
672  * See algorithm 5 and 6 from
673  * http://www.isys.uni-klu.ac.at/PDF/2001-0126-MT.pdf
674  */
675 static void vli_mmod_fast_192(u64 *result, const u64 *product,
676                               const u64 *curve_prime, u64 *tmp)
677 {
678         const unsigned int ndigits = 3;
679         int carry;
680
681         vli_set(result, product, ndigits);
682
683         vli_set(tmp, &product[3], ndigits);
684         carry = vli_add(result, result, tmp, ndigits);
685
686         tmp[0] = 0;
687         tmp[1] = product[3];
688         tmp[2] = product[4];
689         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
690
691         tmp[0] = tmp[1] = product[5];
692         tmp[2] = 0;
693         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
694
695         while (carry || vli_cmp(curve_prime, result, ndigits) != 1)
696                 carry -= vli_sub(result, result, curve_prime, ndigits);
697 }
698
699 /* Computes result = product % curve_prime
700  * from http://www.nsa.gov/ia/_files/nist-routines.pdf
701  */
702 static void vli_mmod_fast_256(u64 *result, const u64 *product,
703                               const u64 *curve_prime, u64 *tmp)
704 {
705         int carry;
706         const unsigned int ndigits = 4;
707
708         /* t */
709         vli_set(result, product, ndigits);
710
711         /* s1 */
712         tmp[0] = 0;
713         tmp[1] = product[5] & 0xffffffff00000000ull;
714         tmp[2] = product[6];
715         tmp[3] = product[7];
716         carry = vli_lshift(tmp, tmp, 1, ndigits);
717         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
718
719         /* s2 */
720         tmp[1] = product[6] << 32;
721         tmp[2] = (product[6] >> 32) | (product[7] << 32);
722         tmp[3] = product[7] >> 32;
723         carry += vli_lshift(tmp, tmp, 1, ndigits);
724         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
725
726         /* s3 */
727         tmp[0] = product[4];
728         tmp[1] = product[5] & 0xffffffff;
729         tmp[2] = 0;
730         tmp[3] = product[7];
731         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
732
733         /* s4 */
734         tmp[0] = (product[4] >> 32) | (product[5] << 32);
735         tmp[1] = (product[5] >> 32) | (product[6] & 0xffffffff00000000ull);
736         tmp[2] = product[7];
737         tmp[3] = (product[6] >> 32) | (product[4] << 32);
738         carry += vli_add(result, result, tmp, ndigits);
739
740         /* d1 */
741         tmp[0] = (product[5] >> 32) | (product[6] << 32);
742         tmp[1] = (product[6] >> 32);
743         tmp[2] = 0;
744         tmp[3] = (product[4] & 0xffffffff) | (product[5] << 32);
745         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
746
747         /* d2 */
748         tmp[0] = product[6];
749         tmp[1] = product[7];
750         tmp[2] = 0;
751         tmp[3] = (product[4] >> 32) | (product[5] & 0xffffffff00000000ull);
752         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
753
754         /* d3 */
755         tmp[0] = (product[6] >> 32) | (product[7] << 32);
756         tmp[1] = (product[7] >> 32) | (product[4] << 32);
757         tmp[2] = (product[4] >> 32) | (product[5] << 32);
758         tmp[3] = (product[6] << 32);
759         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
760
761         /* d4 */
762         tmp[0] = product[7];
763         tmp[1] = product[4] & 0xffffffff00000000ull;
764         tmp[2] = product[5];
765         tmp[3] = product[6] & 0xffffffff00000000ull;
766         carry -= vli_sub(result, result, tmp, ndigits);
767
768         if (carry < 0) {
769                 do {
770                         carry += vli_add(result, result, curve_prime, ndigits);
771                 } while (carry < 0);
772         } else {
773                 while (carry || vli_cmp(curve_prime, result, ndigits) != 1)
774                         carry -= vli_sub(result, result, curve_prime, ndigits);
775         }
776 }
777
778 /* Computes result = product % curve_prime for different curve_primes.
779  *
780  * Note that curve_primes are distinguished just by heuristic check and
781  * not by complete conformance check.
782  */
783 static bool vli_mmod_fast(u64 *result, u64 *product,
784                           const u64 *curve_prime, unsigned int ndigits)
785 {
786         u64 tmp[2 * ECC_MAX_DIGITS];
787
788         /* Currently, both NIST primes have -1 in lowest qword. */
789         if (curve_prime[0] != -1ull) {
790                 /* Try to handle Pseudo-Marsenne primes. */
791                 if (curve_prime[ndigits - 1] == -1ull) {
792                         vli_mmod_special(result, product, curve_prime,
793                                          ndigits);
794                         return true;
795                 } else if (curve_prime[ndigits - 1] == 1ull << 63 &&
796                            curve_prime[ndigits - 2] == 0) {
797                         vli_mmod_special2(result, product, curve_prime,
798                                           ndigits);
799                         return true;
800                 }
801                 vli_mmod_barrett(result, product, curve_prime, ndigits);
802                 return true;
803         }
804
805         switch (ndigits) {
806         case 3:
807                 vli_mmod_fast_192(result, product, curve_prime, tmp);
808                 break;
809         case 4:
810                 vli_mmod_fast_256(result, product, curve_prime, tmp);
811                 break;
812         default:
813                 pr_err_ratelimited("ecc: unsupported digits size!\n");
814                 return false;
815         }
816
817         return true;
818 }
819
820 /* Computes result = (left * right) % mod.
821  * Assumes that mod is big enough curve order.
822  */
823 void vli_mod_mult_slow(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
824                        const u64 *mod, unsigned int ndigits)
825 {
826         u64 product[ECC_MAX_DIGITS * 2];
827
828         vli_mult(product, left, right, ndigits);
829         vli_mmod_slow(result, product, mod, ndigits);
830 }
831 EXPORT_SYMBOL(vli_mod_mult_slow);
832
833 /* Computes result = (left * right) % curve_prime. */
834 static void vli_mod_mult_fast(u64 *result, const u64 *left, const u64 *right,
835                               const u64 *curve_prime, unsigned int ndigits)
836 {
837         u64 product[2 * ECC_MAX_DIGITS];
838
839         vli_mult(product, left, right, ndigits);
840         vli_mmod_fast(result, product, curve_prime, ndigits);
841 }
842
843 /* Computes result = left^2 % curve_prime. */
844 static void vli_mod_square_fast(u64 *result, const u64 *left,
845                                 const u64 *curve_prime, unsigned int ndigits)
846 {
847         u64 product[2 * ECC_MAX_DIGITS];
848
849         vli_square(product, left, ndigits);
850         vli_mmod_fast(result, product, curve_prime, ndigits);
851 }
852
853 #define EVEN(vli) (!(vli[0] & 1))
854 /* Computes result = (1 / p_input) % mod. All VLIs are the same size.
855  * See "From Euclid's GCD to Montgomery Multiplication to the Great Divide"
856  * https://labs.oracle.com/techrep/2001/smli_tr-2001-95.pdf
857  */
858 void vli_mod_inv(u64 *result, const u64 *input, const u64 *mod,
859                         unsigned int ndigits)
860 {
861         u64 a[ECC_MAX_DIGITS], b[ECC_MAX_DIGITS];
862         u64 u[ECC_MAX_DIGITS], v[ECC_MAX_DIGITS];
863         u64 carry;
864         int cmp_result;
865
866         if (vli_is_zero(input, ndigits)) {
867                 vli_clear(result, ndigits);
868                 return;
869         }
870
871         vli_set(a, input, ndigits);
872         vli_set(b, mod, ndigits);
873         vli_clear(u, ndigits);
874         u[0] = 1;
875         vli_clear(v, ndigits);
876
877         while ((cmp_result = vli_cmp(a, b, ndigits)) != 0) {
878                 carry = 0;
879
880                 if (EVEN(a)) {
881                         vli_rshift1(a, ndigits);
882
883                         if (!EVEN(u))
884                                 carry = vli_add(u, u, mod, ndigits);
885
886                         vli_rshift1(u, ndigits);
887                         if (carry)
888                                 u[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
889                 } else if (EVEN(b)) {
890                         vli_rshift1(b, ndigits);
891
892                         if (!EVEN(v))
893                                 carry = vli_add(v, v, mod, ndigits);
894
895                         vli_rshift1(v, ndigits);
896                         if (carry)
897                                 v[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
898                 } else if (cmp_result > 0) {
899                         vli_sub(a, a, b, ndigits);
900                         vli_rshift1(a, ndigits);
901
902                         if (vli_cmp(u, v, ndigits) < 0)
903                                 vli_add(u, u, mod, ndigits);
904
905                         vli_sub(u, u, v, ndigits);
906                         if (!EVEN(u))
907                                 carry = vli_add(u, u, mod, ndigits);
908
909                         vli_rshift1(u, ndigits);
910                         if (carry)
911                                 u[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
912                 } else {
913                         vli_sub(b, b, a, ndigits);
914                         vli_rshift1(b, ndigits);
915
916                         if (vli_cmp(v, u, ndigits) < 0)
917                                 vli_add(v, v, mod, ndigits);
918
919                         vli_sub(v, v, u, ndigits);
920                         if (!EVEN(v))
921                                 carry = vli_add(v, v, mod, ndigits);
922
923                         vli_rshift1(v, ndigits);
924                         if (carry)
925                                 v[ndigits - 1] |= 0x8000000000000000ull;
926                 }
927         }
928
929         vli_set(result, u, ndigits);
930 }
931 EXPORT_SYMBOL(vli_mod_inv);
932
933 /* ------ Point operations ------ */
934
935 /* Returns true if p_point is the point at infinity, false otherwise. */
936 static bool ecc_point_is_zero(const struct ecc_point *point)
937 {
938         return (vli_is_zero(point->x, point->ndigits) &&
939                 vli_is_zero(point->y, point->ndigits));
940 }
941
942 /* Point multiplication algorithm using Montgomery's ladder with co-Z
943  * coordinates. From https://eprint.iacr.org/2011/338.pdf
944  */
945
946 /* Double in place */
947 static void ecc_point_double_jacobian(u64 *x1, u64 *y1, u64 *z1,
948                                       u64 *curve_prime, unsigned int ndigits)
949 {
950         /* t1 = x, t2 = y, t3 = z */
951         u64 t4[ECC_MAX_DIGITS];
952         u64 t5[ECC_MAX_DIGITS];
953
954         if (vli_is_zero(z1, ndigits))
955                 return;
956
957         /* t4 = y1^2 */
958         vli_mod_square_fast(t4, y1, curve_prime, ndigits);
959         /* t5 = x1*y1^2 = A */
960         vli_mod_mult_fast(t5, x1, t4, curve_prime, ndigits);
961         /* t4 = y1^4 */
962         vli_mod_square_fast(t4, t4, curve_prime, ndigits);
963         /* t2 = y1*z1 = z3 */
964         vli_mod_mult_fast(y1, y1, z1, curve_prime, ndigits);
965         /* t3 = z1^2 */
966         vli_mod_square_fast(z1, z1, curve_prime, ndigits);
967
968         /* t1 = x1 + z1^2 */
969         vli_mod_add(x1, x1, z1, curve_prime, ndigits);
970         /* t3 = 2*z1^2 */
971         vli_mod_add(z1, z1, z1, curve_prime, ndigits);
972         /* t3 = x1 - z1^2 */
973         vli_mod_sub(z1, x1, z1, curve_prime, ndigits);
974         /* t1 = x1^2 - z1^4 */
975         vli_mod_mult_fast(x1, x1, z1, curve_prime, ndigits);
976
977         /* t3 = 2*(x1^2 - z1^4) */
978         vli_mod_add(z1, x1, x1, curve_prime, ndigits);
979         /* t1 = 3*(x1^2 - z1^4) */
980         vli_mod_add(x1, x1, z1, curve_prime, ndigits);
981         if (vli_test_bit(x1, 0)) {
982                 u64 carry = vli_add(x1, x1, curve_prime, ndigits);
983
984                 vli_rshift1(x1, ndigits);
985                 x1[ndigits - 1] |= carry << 63;
986         } else {
987                 vli_rshift1(x1, ndigits);
988         }
989         /* t1 = 3/2*(x1^2 - z1^4) = B */
990
991         /* t3 = B^2 */
992         vli_mod_square_fast(z1, x1, curve_prime, ndigits);
993         /* t3 = B^2 - A */
994         vli_mod_sub(z1, z1, t5, curve_prime, ndigits);
995         /* t3 = B^2 - 2A = x3 */
996         vli_mod_sub(z1, z1, t5, curve_prime, ndigits);
997         /* t5 = A - x3 */
998         vli_mod_sub(t5, t5, z1, curve_prime, ndigits);
999         /* t1 = B * (A - x3) */
1000         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t5, curve_prime, ndigits);
1001         /* t4 = B * (A - x3) - y1^4 = y3 */
1002         vli_mod_sub(t4, x1, t4, curve_prime, ndigits);
1003
1004         vli_set(x1, z1, ndigits);
1005         vli_set(z1, y1, ndigits);
1006         vli_set(y1, t4, ndigits);
1007 }
1008
1009 /* Modify (x1, y1) => (x1 * z^2, y1 * z^3) */
1010 static void apply_z(u64 *x1, u64 *y1, u64 *z, u64 *curve_prime,
1011                     unsigned int ndigits)
1012 {
1013         u64 t1[ECC_MAX_DIGITS];
1014
1015         vli_mod_square_fast(t1, z, curve_prime, ndigits);    /* z^2 */
1016         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t1, curve_prime, ndigits); /* x1 * z^2 */
1017         vli_mod_mult_fast(t1, t1, z, curve_prime, ndigits);  /* z^3 */
1018         vli_mod_mult_fast(y1, y1, t1, curve_prime, ndigits); /* y1 * z^3 */
1019 }
1020
1021 /* P = (x1, y1) => 2P, (x2, y2) => P' */
1022 static void xycz_initial_double(u64 *x1, u64 *y1, u64 *x2, u64 *y2,
1023                                 u64 *p_initial_z, u64 *curve_prime,
1024                                 unsigned int ndigits)
1025 {
1026         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1027
1028         vli_set(x2, x1, ndigits);
1029         vli_set(y2, y1, ndigits);
1030
1031         vli_clear(z, ndigits);
1032         z[0] = 1;
1033
1034         if (p_initial_z)
1035                 vli_set(z, p_initial_z, ndigits);
1036
1037         apply_z(x1, y1, z, curve_prime, ndigits);
1038
1039         ecc_point_double_jacobian(x1, y1, z, curve_prime, ndigits);
1040
1041         apply_z(x2, y2, z, curve_prime, ndigits);
1042 }
1043
1044 /* Input P = (x1, y1, Z), Q = (x2, y2, Z)
1045  * Output P' = (x1', y1', Z3), P + Q = (x3, y3, Z3)
1046  * or P => P', Q => P + Q
1047  */
1048 static void xycz_add(u64 *x1, u64 *y1, u64 *x2, u64 *y2, u64 *curve_prime,
1049                      unsigned int ndigits)
1050 {
1051         /* t1 = X1, t2 = Y1, t3 = X2, t4 = Y2 */
1052         u64 t5[ECC_MAX_DIGITS];
1053
1054         /* t5 = x2 - x1 */
1055         vli_mod_sub(t5, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1056         /* t5 = (x2 - x1)^2 = A */
1057         vli_mod_square_fast(t5, t5, curve_prime, ndigits);
1058         /* t1 = x1*A = B */
1059         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t5, curve_prime, ndigits);
1060         /* t3 = x2*A = C */
1061         vli_mod_mult_fast(x2, x2, t5, curve_prime, ndigits);
1062         /* t4 = y2 - y1 */
1063         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1064         /* t5 = (y2 - y1)^2 = D */
1065         vli_mod_square_fast(t5, y2, curve_prime, ndigits);
1066
1067         /* t5 = D - B */
1068         vli_mod_sub(t5, t5, x1, curve_prime, ndigits);
1069         /* t5 = D - B - C = x3 */
1070         vli_mod_sub(t5, t5, x2, curve_prime, ndigits);
1071         /* t3 = C - B */
1072         vli_mod_sub(x2, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1073         /* t2 = y1*(C - B) */
1074         vli_mod_mult_fast(y1, y1, x2, curve_prime, ndigits);
1075         /* t3 = B - x3 */
1076         vli_mod_sub(x2, x1, t5, curve_prime, ndigits);
1077         /* t4 = (y2 - y1)*(B - x3) */
1078         vli_mod_mult_fast(y2, y2, x2, curve_prime, ndigits);
1079         /* t4 = y3 */
1080         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1081
1082         vli_set(x2, t5, ndigits);
1083 }
1084
1085 /* Input P = (x1, y1, Z), Q = (x2, y2, Z)
1086  * Output P + Q = (x3, y3, Z3), P - Q = (x3', y3', Z3)
1087  * or P => P - Q, Q => P + Q
1088  */
1089 static void xycz_add_c(u64 *x1, u64 *y1, u64 *x2, u64 *y2, u64 *curve_prime,
1090                        unsigned int ndigits)
1091 {
1092         /* t1 = X1, t2 = Y1, t3 = X2, t4 = Y2 */
1093         u64 t5[ECC_MAX_DIGITS];
1094         u64 t6[ECC_MAX_DIGITS];
1095         u64 t7[ECC_MAX_DIGITS];
1096
1097         /* t5 = x2 - x1 */
1098         vli_mod_sub(t5, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1099         /* t5 = (x2 - x1)^2 = A */
1100         vli_mod_square_fast(t5, t5, curve_prime, ndigits);
1101         /* t1 = x1*A = B */
1102         vli_mod_mult_fast(x1, x1, t5, curve_prime, ndigits);
1103         /* t3 = x2*A = C */
1104         vli_mod_mult_fast(x2, x2, t5, curve_prime, ndigits);
1105         /* t4 = y2 + y1 */
1106         vli_mod_add(t5, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1107         /* t4 = y2 - y1 */
1108         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1109
1110         /* t6 = C - B */
1111         vli_mod_sub(t6, x2, x1, curve_prime, ndigits);
1112         /* t2 = y1 * (C - B) */
1113         vli_mod_mult_fast(y1, y1, t6, curve_prime, ndigits);
1114         /* t6 = B + C */
1115         vli_mod_add(t6, x1, x2, curve_prime, ndigits);
1116         /* t3 = (y2 - y1)^2 */
1117         vli_mod_square_fast(x2, y2, curve_prime, ndigits);
1118         /* t3 = x3 */
1119         vli_mod_sub(x2, x2, t6, curve_prime, ndigits);
1120
1121         /* t7 = B - x3 */
1122         vli_mod_sub(t7, x1, x2, curve_prime, ndigits);
1123         /* t4 = (y2 - y1)*(B - x3) */
1124         vli_mod_mult_fast(y2, y2, t7, curve_prime, ndigits);
1125         /* t4 = y3 */
1126         vli_mod_sub(y2, y2, y1, curve_prime, ndigits);
1127
1128         /* t7 = (y2 + y1)^2 = F */
1129         vli_mod_square_fast(t7, t5, curve_prime, ndigits);
1130         /* t7 = x3' */
1131         vli_mod_sub(t7, t7, t6, curve_prime, ndigits);
1132         /* t6 = x3' - B */
1133         vli_mod_sub(t6, t7, x1, curve_prime, ndigits);
1134         /* t6 = (y2 + y1)*(x3' - B) */
1135         vli_mod_mult_fast(t6, t6, t5, curve_prime, ndigits);
1136         /* t2 = y3' */
1137         vli_mod_sub(y1, t6, y1, curve_prime, ndigits);
1138
1139         vli_set(x1, t7, ndigits);
1140 }
1141
1142 static void ecc_point_mult(struct ecc_point *result,
1143                            const struct ecc_point *point, const u64 *scalar,
1144                            u64 *initial_z, const struct ecc_curve *curve,
1145                            unsigned int ndigits)
1146 {
1147         /* R0 and R1 */
1148         u64 rx[2][ECC_MAX_DIGITS];
1149         u64 ry[2][ECC_MAX_DIGITS];
1150         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1151         u64 sk[2][ECC_MAX_DIGITS];
1152         u64 *curve_prime = curve->p;
1153         int i, nb;
1154         int num_bits;
1155         int carry;
1156
1157         carry = vli_add(sk[0], scalar, curve->n, ndigits);
1158         vli_add(sk[1], sk[0], curve->n, ndigits);
1159         scalar = sk[!carry];
1160         num_bits = sizeof(u64) * ndigits * 8 + 1;
1161
1162         vli_set(rx[1], point->x, ndigits);
1163         vli_set(ry[1], point->y, ndigits);
1164
1165         xycz_initial_double(rx[1], ry[1], rx[0], ry[0], initial_z, curve_prime,
1166                             ndigits);
1167
1168         for (i = num_bits - 2; i > 0; i--) {
1169                 nb = !vli_test_bit(scalar, i);
1170                 xycz_add_c(rx[1 - nb], ry[1 - nb], rx[nb], ry[nb], curve_prime,
1171                            ndigits);
1172                 xycz_add(rx[nb], ry[nb], rx[1 - nb], ry[1 - nb], curve_prime,
1173                          ndigits);
1174         }
1175
1176         nb = !vli_test_bit(scalar, 0);
1177         xycz_add_c(rx[1 - nb], ry[1 - nb], rx[nb], ry[nb], curve_prime,
1178                    ndigits);
1179
1180         /* Find final 1/Z value. */
1181         /* X1 - X0 */
1182         vli_mod_sub(z, rx[1], rx[0], curve_prime, ndigits);
1183         /* Yb * (X1 - X0) */
1184         vli_mod_mult_fast(z, z, ry[1 - nb], curve_prime, ndigits);
1185         /* xP * Yb * (X1 - X0) */
1186         vli_mod_mult_fast(z, z, point->x, curve_prime, ndigits);
1187
1188         /* 1 / (xP * Yb * (X1 - X0)) */
1189         vli_mod_inv(z, z, curve_prime, point->ndigits);
1190
1191         /* yP / (xP * Yb * (X1 - X0)) */
1192         vli_mod_mult_fast(z, z, point->y, curve_prime, ndigits);
1193         /* Xb * yP / (xP * Yb * (X1 - X0)) */
1194         vli_mod_mult_fast(z, z, rx[1 - nb], curve_prime, ndigits);
1195         /* End 1/Z calculation */
1196
1197         xycz_add(rx[nb], ry[nb], rx[1 - nb], ry[1 - nb], curve_prime, ndigits);
1198
1199         apply_z(rx[0], ry[0], z, curve_prime, ndigits);
1200
1201         vli_set(result->x, rx[0], ndigits);
1202         vli_set(result->y, ry[0], ndigits);
1203 }
1204
1205 /* Computes R = P + Q mod p */
1206 static void ecc_point_add(const struct ecc_point *result,
1207                    const struct ecc_point *p, const struct ecc_point *q,
1208                    const struct ecc_curve *curve)
1209 {
1210         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1211         u64 px[ECC_MAX_DIGITS];
1212         u64 py[ECC_MAX_DIGITS];
1213         unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1214
1215         vli_set(result->x, q->x, ndigits);
1216         vli_set(result->y, q->y, ndigits);
1217         vli_mod_sub(z, result->x, p->x, curve->p, ndigits);
1218         vli_set(px, p->x, ndigits);
1219         vli_set(py, p->y, ndigits);
1220         xycz_add(px, py, result->x, result->y, curve->p, ndigits);
1221         vli_mod_inv(z, z, curve->p, ndigits);
1222         apply_z(result->x, result->y, z, curve->p, ndigits);
1223 }
1224
1225 /* Computes R = u1P + u2Q mod p using Shamir's trick.
1226  * Based on: Kenneth MacKay's micro-ecc (2014).
1227  */
1228 void ecc_point_mult_shamir(const struct ecc_point *result,
1229                            const u64 *u1, const struct ecc_point *p,
1230                            const u64 *u2, const struct ecc_point *q,
1231                            const struct ecc_curve *curve)
1232 {
1233         u64 z[ECC_MAX_DIGITS];
1234         u64 sump[2][ECC_MAX_DIGITS];
1235         u64 *rx = result->x;
1236         u64 *ry = result->y;
1237         unsigned int ndigits = curve->g.ndigits;
1238         unsigned int num_bits;
1239         struct ecc_point sum = ECC_POINT_INIT(sump[0], sump[1], ndigits);
1240         const struct ecc_point *points[4];
1241         const struct ecc_point *point;
1242         unsigned int idx;
1243         int i;
1244
1245         ecc_point_add(&sum, p, q, curve);
1246         points[0] = NULL;
1247         points[1] = p;
1248         points[2] = q;
1249         points[3] = &sum;
1250
1251         num_bits = max(vli_num_bits(u1, ndigits),
1252                        vli_num_bits(u2, ndigits));
1253         i = num_bits - 1;
1254         idx = (!!vli_test_bit(u1, i)) | ((!!vli_test_bit(u2, i)) << 1);
1255         point = points[idx];
1256
1257         vli_set(rx, point->x, ndigits);
1258         vli_set(ry, point->y, ndigits);
1259         vli_clear(z + 1, ndigits - 1);
1260         z[0] = 1;
1261
1262         for (--i; i >= 0; i--) {
1263                 ecc_point_double_jacobian(rx, ry, z, curve->p, ndigits);
1264                 idx = (!!vli_test_bit(u1, i)) | ((!!vli_test_bit(u2, i)) << 1);
1265                 point = points[idx];
1266                 if (point) {
1267                         u64 tx[ECC_MAX_DIGITS];
1268                         u64 ty[ECC_MAX_DIGITS];
1269                         u64 tz[ECC_MAX_DIGITS];
1270
1271                         vli_set(tx, point->x, ndigits);
1272                         vli_set(ty, point->y, ndigits);
1273                         apply_z(tx, ty, z, curve->p, ndigits);
1274                         vli_mod_sub(tz, rx, tx, curve->p, ndigits);
1275                         xycz_add(tx, ty, rx, ry, curve->p, ndigits);
1276                         vli_mod_mult_fast(z, z, tz, curve->p, ndigits);
1277                 }
1278         }
1279         vli_mod_inv(z, z, curve->p, ndigits);
1280         apply_z(rx, ry, z, curve->p, ndigits);
1281 }
1282 EXPORT_SYMBOL(ecc_point_mult_shamir);
1283
1284 static inline void ecc_swap_digits(const u64 *in, u64 *out,
1285                                    unsigned int ndigits)
1286 {
1287         const __be64 *src = (__force __be64 *)in;
1288         int i;
1289
1290         for (i = 0; i < ndigits; i++)
1291                 out[i] = be64_to_cpu(src[ndigits - 1 - i]);
1292 }
1293
1294 static int __ecc_is_key_valid(const struct ecc_curve *curve,
1295                               const u64 *private_key, unsigned int ndigits)
1296 {
1297         u64 one[ECC_MAX_DIGITS] = { 1, };
1298         u64 res[ECC_MAX_DIGITS];
1299
1300         if (!private_key)
1301                 return -EINVAL;
1302
1303         if (curve->g.ndigits != ndigits)
1304                 return -EINVAL;
1305
1306         /* Make sure the private key is in the range [2, n-3]. */
1307         if (vli_cmp(one, private_key, ndigits) != -1)
1308                 return -EINVAL;
1309         vli_sub(res, curve->n, one, ndigits);
1310         vli_sub(res, res, one, ndigits);
1311         if (vli_cmp(res, private_key, ndigits) != 1)
1312                 return -EINVAL;
1313
1314         return 0;
1315 }
1316
1317 int ecc_is_key_valid(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits,
1318                      const u64 *private_key, unsigned int private_key_len)
1319 {
1320         int nbytes;
1321         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1322
1323         nbytes = ndigits << ECC_DIGITS_TO_BYTES_SHIFT;
1324
1325         if (private_key_len != nbytes)
1326                 return -EINVAL;
1327
1328         return __ecc_is_key_valid(curve, private_key, ndigits);
1329 }
1330 EXPORT_SYMBOL(ecc_is_key_valid);
1331
1332 /*
1333  * ECC private keys are generated using the method of extra random bits,
1334  * equivalent to that described in FIPS 186-4, Appendix B.4.1.
1335  *
1336  * d = (c mod(n–1)) + 1    where c is a string of random bits, 64 bits longer
1337  *                         than requested
1338  * 0 <= c mod(n-1) <= n-2  and implies that
1339  * 1 <= d <= n-1
1340  *
1341  * This method generates a private key uniformly distributed in the range
1342  * [1, n-1].
1343  */
1344 int ecc_gen_privkey(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits, u64 *privkey)
1345 {
1346         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1347         u64 priv[ECC_MAX_DIGITS];
1348         unsigned int nbytes = ndigits << ECC_DIGITS_TO_BYTES_SHIFT;
1349         unsigned int nbits = vli_num_bits(curve->n, ndigits);
1350         int err;
1351
1352         /* Check that N is included in Table 1 of FIPS 186-4, section 6.1.1 */
1353         if (nbits < 160 || ndigits > ARRAY_SIZE(priv))
1354                 return -EINVAL;
1355
1356         /*
1357          * FIPS 186-4 recommends that the private key should be obtained from a
1358          * RBG with a security strength equal to or greater than the security
1359          * strength associated with N.
1360          *
1361          * The maximum security strength identified by NIST SP800-57pt1r4 for
1362          * ECC is 256 (N >= 512).
1363          *
1364          * This condition is met by the default RNG because it selects a favored
1365          * DRBG with a security strength of 256.
1366          */
1367         if (crypto_get_default_rng())
1368                 return -EFAULT;
1369
1370         err = crypto_rng_get_bytes(crypto_default_rng, (u8 *)priv, nbytes);
1371         crypto_put_default_rng();
1372         if (err)
1373                 return err;
1374
1375         /* Make sure the private key is in the valid range. */
1376         if (__ecc_is_key_valid(curve, priv, ndigits))
1377                 return -EINVAL;
1378
1379         ecc_swap_digits(priv, privkey, ndigits);
1380
1381         return 0;
1382 }
1383 EXPORT_SYMBOL(ecc_gen_privkey);
1384
1385 int ecc_make_pub_key(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits,
1386                      const u64 *private_key, u64 *public_key)
1387 {
1388         int ret = 0;
1389         struct ecc_point *pk;
1390         u64 priv[ECC_MAX_DIGITS];
1391         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1392
1393         if (!private_key || !curve || ndigits > ARRAY_SIZE(priv)) {
1394                 ret = -EINVAL;
1395                 goto out;
1396         }
1397
1398         ecc_swap_digits(private_key, priv, ndigits);
1399
1400         pk = ecc_alloc_point(ndigits);
1401         if (!pk) {
1402                 ret = -ENOMEM;
1403                 goto out;
1404         }
1405
1406         ecc_point_mult(pk, &curve->g, priv, NULL, curve, ndigits);
1407
1408         /* SP800-56A rev 3 5.6.2.1.3 key check */
1409         if (ecc_is_pubkey_valid_full(curve, pk)) {
1410                 ret = -EAGAIN;
1411                 goto err_free_point;
1412         }
1413
1414         ecc_swap_digits(pk->x, public_key, ndigits);
1415         ecc_swap_digits(pk->y, &public_key[ndigits], ndigits);
1416
1417 err_free_point:
1418         ecc_free_point(pk);
1419 out:
1420         return ret;
1421 }
1422 EXPORT_SYMBOL(ecc_make_pub_key);
1423
1424 /* SP800-56A section 5.6.2.3.4 partial verification: ephemeral keys only */
1425 int ecc_is_pubkey_valid_partial(const struct ecc_curve *curve,
1426                                 struct ecc_point *pk)
1427 {
1428         u64 yy[ECC_MAX_DIGITS], xxx[ECC_MAX_DIGITS], w[ECC_MAX_DIGITS];
1429
1430         if (WARN_ON(pk->ndigits != curve->g.ndigits))
1431                 return -EINVAL;
1432
1433         /* Check 1: Verify key is not the zero point. */
1434         if (ecc_point_is_zero(pk))
1435                 return -EINVAL;
1436
1437         /* Check 2: Verify key is in the range [1, p-1]. */
1438         if (vli_cmp(curve->p, pk->x, pk->ndigits) != 1)
1439                 return -EINVAL;
1440         if (vli_cmp(curve->p, pk->y, pk->ndigits) != 1)
1441                 return -EINVAL;
1442
1443         /* Check 3: Verify that y^2 == (x^3 + a·x + b) mod p */
1444         vli_mod_square_fast(yy, pk->y, curve->p, pk->ndigits); /* y^2 */
1445         vli_mod_square_fast(xxx, pk->x, curve->p, pk->ndigits); /* x^2 */
1446         vli_mod_mult_fast(xxx, xxx, pk->x, curve->p, pk->ndigits); /* x^3 */
1447         vli_mod_mult_fast(w, curve->a, pk->x, curve->p, pk->ndigits); /* a·x */
1448         vli_mod_add(w, w, curve->b, curve->p, pk->ndigits); /* a·x + b */
1449         vli_mod_add(w, w, xxx, curve->p, pk->ndigits); /* x^3 + a·x + b */
1450         if (vli_cmp(yy, w, pk->ndigits) != 0) /* Equation */
1451                 return -EINVAL;
1452
1453         return 0;
1454 }
1455 EXPORT_SYMBOL(ecc_is_pubkey_valid_partial);
1456
1457 /* SP800-56A section 5.6.2.3.3 full verification */
1458 int ecc_is_pubkey_valid_full(const struct ecc_curve *curve,
1459                              struct ecc_point *pk)
1460 {
1461         struct ecc_point *nQ;
1462
1463         /* Checks 1 through 3 */
1464         int ret = ecc_is_pubkey_valid_partial(curve, pk);
1465
1466         if (ret)
1467                 return ret;
1468
1469         /* Check 4: Verify that nQ is the zero point. */
1470         nQ = ecc_alloc_point(pk->ndigits);
1471         if (!nQ)
1472                 return -ENOMEM;
1473
1474         ecc_point_mult(nQ, pk, curve->n, NULL, curve, pk->ndigits);
1475         if (!ecc_point_is_zero(nQ))
1476                 ret = -EINVAL;
1477
1478         ecc_free_point(nQ);
1479
1480         return ret;
1481 }
1482 EXPORT_SYMBOL(ecc_is_pubkey_valid_full);
1483
1484 int crypto_ecdh_shared_secret(unsigned int curve_id, unsigned int ndigits,
1485                               const u64 *private_key, const u64 *public_key,
1486                               u64 *secret)
1487 {
1488         int ret = 0;
1489         struct ecc_point *product, *pk;
1490         u64 priv[ECC_MAX_DIGITS];
1491         u64 rand_z[ECC_MAX_DIGITS];
1492         unsigned int nbytes;
1493         const struct ecc_curve *curve = ecc_get_curve(curve_id);
1494
1495         if (!private_key || !public_key || !curve ||
1496             ndigits > ARRAY_SIZE(priv) || ndigits > ARRAY_SIZE(rand_z)) {
1497                 ret = -EINVAL;
1498                 goto out;
1499         }
1500
1501         nbytes = ndigits << ECC_DIGITS_TO_BYTES_SHIFT;
1502
1503         get_random_bytes(rand_z, nbytes);
1504
1505         pk = ecc_alloc_point(ndigits);
1506         if (!pk) {
1507                 ret = -ENOMEM;
1508                 goto out;
1509         }
1510
1511         ecc_swap_digits(public_key, pk->x, ndigits);
1512         ecc_swap_digits(&public_key[ndigits], pk->y, ndigits);
1513         ret = ecc_is_pubkey_valid_partial(curve, pk);
1514         if (ret)
1515                 goto err_alloc_product;
1516
1517         ecc_swap_digits(private_key, priv, ndigits);
1518
1519         product = ecc_alloc_point(ndigits);
1520         if (!product) {
1521                 ret = -ENOMEM;
1522                 goto err_alloc_product;
1523         }
1524
1525         ecc_point_mult(product, pk, priv, rand_z, curve, ndigits);
1526
1527         if (ecc_point_is_zero(product)) {
1528                 ret = -EFAULT;
1529                 goto err_validity;
1530         }
1531
1532         ecc_swap_digits(product->x, secret, ndigits);
1533
1534 err_validity:
1535         memzero_explicit(priv, sizeof(priv));
1536         memzero_explicit(rand_z, sizeof(rand_z));
1537         ecc_free_point(product);
1538 err_alloc_product:
1539         ecc_free_point(pk);
1540 out:
1541         return ret;
1542 }
1543 EXPORT_SYMBOL(crypto_ecdh_shared_secret);
1544
1545 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");