crypto/bn/bntest.c

   1 /* crypto/bn/bntest.c */
   2 /* Copyright (C) 1995-1998 Eric Young (eay@cryptsoft.com)
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * This package is an SSL implementation written
   6  * by Eric Young (eay@cryptsoft.com).
   7  * The implementation was written so as to conform with Netscapes SSL.
   8  *
   9  * This library is free for commercial and non-commercial use as long as
  10  * the following conditions are aheared to.  The following conditions
  11  * apply to all code found in this distribution, be it the RC4, RSA,
  12  * lhash, DES, etc., code; not just the SSL code.  The SSL documentation
  13  * included with this distribution is covered by the same copyright terms
  14  * except that the holder is Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com).
  15  *
  16  * Copyright remains Eric Young's, and as such any Copyright notices in
  17  * the code are not to be removed.
  18  * If this package is used in a product, Eric Young should be given attribution
  19  * as the author of the parts of the library used.
  20  * This can be in the form of a textual message at program startup or
  21  * in documentation (online or textual) provided with the package.
  22  *
  23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  24  * modification, are permitted provided that the following conditions
  25  * are met:
  26  * 1. Redistributions of source code must retain the copyright
  27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  32  *    must display the following acknowledgement:
  33  *    "This product includes cryptographic software written by
  34  *     Eric Young (eay@cryptsoft.com)"
  35  *    The word 'cryptographic' can be left out if the rouines from the library
  36  *    being used are not cryptographic related :-).
  37  * 4. If you include any Windows specific code (or a derivative thereof) from
  38  *    the apps directory (application code) you must include an acknowledgement:
  39  *    "This product includes software written by Tim Hudson (tjh@cryptsoft.com)"
  40  *
  41  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY ERIC YOUNG ``AS IS'' AND
  42  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  43  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  44  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  45  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  46  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  47  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  48  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  49  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  50  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  51  * SUCH DAMAGE.
  52  *
  53  * The licence and distribution terms for any publically available version or
  54  * derivative of this code cannot be changed.  i.e. this code cannot simply be
  55  * copied and put under another distribution licence
  56  * [including the GNU Public Licence.]
  57  */
  58 /* ====================================================================
  59  * Copyright 2002 Sun Microsystems, Inc. ALL RIGHTS RESERVED.
  60  *
  61  * Portions of the attached software ("Contribution") are developed by
  62  * SUN MICROSYSTEMS, INC., and are contributed to the OpenSSL project.
  63  *
  64  * The Contribution is licensed pursuant to the Eric Young open source
  65  * license provided above.
  66  *
  67  * The binary polynomial arithmetic software is originally written by
  68  * Sheueling Chang Shantz and Douglas Stebila of Sun Microsystems Laboratories.
  69  *
  70  */
  71
  72 /*
  73  * Until the key-gen callbacks are modified to use newer prototypes, we allow
  74  * deprecated functions for openssl-internal code
  75  */
  76 #ifdef OPENSSL_NO_DEPRECATED
  77 # undef OPENSSL_NO_DEPRECATED
  78 #endif
  79
  80 #include <stdio.h>
  81 #include <stdlib.h>
  82 #include <string.h>
  83
  84 #include "e_os.h"
  85
  86 #include <openssl/bio.h>
  87 #include <openssl/bn.h>
  88 #include <openssl/rand.h>
  89 #include <openssl/x509.h>
  90 #include <openssl/err.h>
  91
  92 const int num0 = 100;           /* number of tests */
  93 const int num1 = 50;            /* additional tests for some functions */
  94 const int num2 = 5;             /* number of tests for slow functions */
  95
  96 int test_add(BIO *bp);
  97 int test_sub(BIO *bp);
  98 int test_lshift1(BIO *bp);
  99 int test_lshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx, BIGNUM *a_);
 100 int test_rshift1(BIO *bp);
 101 int test_rshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 102 int test_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 103 int test_div_word(BIO *bp);
 104 int test_div_recp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 105 int test_mul(BIO *bp);
 106 int test_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 107 int test_mont(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 108 int test_mod(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 109 int test_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 110 int test_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 111 int test_mod_exp_mont_consttime(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 112 int test_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 113 int test_gf2m_add(BIO *bp);
 114 int test_gf2m_mod(BIO *bp);
 115 int test_gf2m_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 116 int test_gf2m_mod_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 117 int test_gf2m_mod_inv(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 118 int test_gf2m_mod_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 119 int test_gf2m_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 120 int test_gf2m_mod_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 121 int test_gf2m_mod_solve_quad(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 122 int test_kron(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 123 int test_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx);
 124 int rand_neg(void);
 125 static int results = 0;
 126
 127 static unsigned char lst[] =
 128     "\xC6\x4F\x43\x04\x2A\xEA\xCA\x6E\x58\x36\x80\x5B\xE8\xC9"
 129     "\x9B\x04\x5D\x48\x36\xC2\xFD\x16\xC9\x64\xF0";
 130
 131 static const char rnd_seed[] =
 132     "string to make the random number generator think it has entropy";
 133
 134 static void message(BIO *out, char *m)
 135 {
 136     fprintf(stderr, "test %s\n", m);
 137     BIO_puts(out, "print \"test ");
 138     BIO_puts(out, m);
 139     BIO_puts(out, "\\n\"\n");
 140 }
 141
 142 int main(int argc, char *argv[])
 143 {
 144     BN_CTX *ctx;
 145     BIO *out;
 146     char *outfile = NULL;
 147
 148     results = 0;
 149
 150     RAND_seed(rnd_seed, sizeof rnd_seed); /* or BN_generate_prime may fail */
 151
 152     argc--;
 153     argv++;
 154     while (argc >= 1) {
 155         if (strcmp(*argv, "-results") == 0)
 156             results = 1;
 157         else if (strcmp(*argv, "-out") == 0) {
 158             if (--argc < 1)
 159                 break;
 160             outfile = *(++argv);
 161         }
 162         argc--;
 163         argv++;
 164     }
 165
 166     ctx = BN_CTX_new();
 167     if (ctx == NULL)
 168         EXIT(1);
 169
 170     out = BIO_new(BIO_s_file());
 171     if (out == NULL)
 172         EXIT(1);
 173     if (outfile == NULL) {
 174         BIO_set_fp(out, stdout, BIO_NOCLOSE);
 175     } else {
 176         if (!BIO_write_filename(out, outfile)) {
 177             perror(outfile);
 178             EXIT(1);
 179         }
 180     }
 181
 182     if (!results)
 183         BIO_puts(out, "obase=16\nibase=16\n");
 184
 185     message(out, "BN_add");
 186     if (!test_add(out))
 187         goto err;
 188     (void)BIO_flush(out);
 189
 190     message(out, "BN_sub");
 191     if (!test_sub(out))
 192         goto err;
 193     (void)BIO_flush(out);
 194
 195     message(out, "BN_lshift1");
 196     if (!test_lshift1(out))
 197         goto err;
 198     (void)BIO_flush(out);
 199
 200     message(out, "BN_lshift (fixed)");
 201     if (!test_lshift(out, ctx, BN_bin2bn(lst, sizeof(lst) - 1, NULL)))
 202         goto err;
 203     (void)BIO_flush(out);
 204
 205     message(out, "BN_lshift");
 206     if (!test_lshift(out, ctx, NULL))
 207         goto err;
 208     (void)BIO_flush(out);
 209
 210     message(out, "BN_rshift1");
 211     if (!test_rshift1(out))
 212         goto err;
 213     (void)BIO_flush(out);
 214
 215     message(out, "BN_rshift");
 216     if (!test_rshift(out, ctx))
 217         goto err;
 218     (void)BIO_flush(out);
 219
 220     message(out, "BN_sqr");
 221     if (!test_sqr(out, ctx))
 222         goto err;
 223     (void)BIO_flush(out);
 224
 225     message(out, "BN_mul");
 226     if (!test_mul(out))
 227         goto err;
 228     (void)BIO_flush(out);
 229
 230     message(out, "BN_div");
 231     if (!test_div(out, ctx))
 232         goto err;
 233     (void)BIO_flush(out);
 234
 235     message(out, "BN_div_word");
 236     if (!test_div_word(out))
 237         goto err;
 238     (void)BIO_flush(out);
 239
 240     message(out, "BN_div_recp");
 241     if (!test_div_recp(out, ctx))
 242         goto err;
 243     (void)BIO_flush(out);
 244
 245     message(out, "BN_mod");
 246     if (!test_mod(out, ctx))
 247         goto err;
 248     (void)BIO_flush(out);
 249
 250     message(out, "BN_mod_mul");
 251     if (!test_mod_mul(out, ctx))
 252         goto err;
 253     (void)BIO_flush(out);
 254
 255     message(out, "BN_mont");
 256     if (!test_mont(out, ctx))
 257         goto err;
 258     (void)BIO_flush(out);
 259
 260     message(out, "BN_mod_exp");
 261     if (!test_mod_exp(out, ctx))
 262         goto err;
 263     (void)BIO_flush(out);
 264
 265     message(out, "BN_mod_exp_mont_consttime");
 266     if (!test_mod_exp_mont_consttime(out, ctx))
 267         goto err;
 268     (void)BIO_flush(out);
 269
 270     message(out, "BN_exp");
 271     if (!test_exp(out, ctx))
 272         goto err;
 273     (void)BIO_flush(out);
 274
 275     message(out, "BN_kronecker");
 276     if (!test_kron(out, ctx))
 277         goto err;
 278     (void)BIO_flush(out);
 279
 280     message(out, "BN_mod_sqrt");
 281     if (!test_sqrt(out, ctx))
 282         goto err;
 283     (void)BIO_flush(out);
 284
 285     message(out, "BN_GF2m_add");
 286     if (!test_gf2m_add(out))
 287         goto err;
 288     (void)BIO_flush(out);
 289
 290     message(out, "BN_GF2m_mod");
 291     if (!test_gf2m_mod(out))
 292         goto err;
 293     (void)BIO_flush(out);
 294
 295     message(out, "BN_GF2m_mod_mul");
 296     if (!test_gf2m_mod_mul(out, ctx))
 297         goto err;
 298     (void)BIO_flush(out);
 299
 300     message(out, "BN_GF2m_mod_sqr");
 301     if (!test_gf2m_mod_sqr(out, ctx))
 302         goto err;
 303     (void)BIO_flush(out);
 304
 305     message(out, "BN_GF2m_mod_inv");
 306     if (!test_gf2m_mod_inv(out, ctx))
 307         goto err;
 308     (void)BIO_flush(out);
 309
 310     message(out, "BN_GF2m_mod_div");
 311     if (!test_gf2m_mod_div(out, ctx))
 312         goto err;
 313     (void)BIO_flush(out);
 314
 315     message(out, "BN_GF2m_mod_exp");
 316     if (!test_gf2m_mod_exp(out, ctx))
 317         goto err;
 318     (void)BIO_flush(out);
 319
 320     message(out, "BN_GF2m_mod_sqrt");
 321     if (!test_gf2m_mod_sqrt(out, ctx))
 322         goto err;
 323     (void)BIO_flush(out);
 324
 325     message(out, "BN_GF2m_mod_solve_quad");
 326     if (!test_gf2m_mod_solve_quad(out, ctx))
 327         goto err;
 328     (void)BIO_flush(out);
 329
 330     BN_CTX_free(ctx);
 331     BIO_free(out);
 332
 333     EXIT(0);
 334  err:
 335     BIO_puts(out, "1\n");       /* make sure the Perl script fed by bc
 336                                  * notices the failure, see test_bn in
 337                                  * test/Makefile.ssl */
 338     (void)BIO_flush(out);
 339     ERR_load_crypto_strings();
 340     ERR_print_errors_fp(stderr);
 341     EXIT(1);
 342     return (1);
 343 }
 344
 345 int test_add(BIO *bp)
 346 {
 347     BIGNUM a, b, c;
 348     int i;
 349
 350     BN_init(&a);
 351     BN_init(&b);
 352     BN_init(&c);
 353
 354     BN_bntest_rand(&a, 512, 0, 0);
 355     for (i = 0; i < num0; i++) {
 356         BN_bntest_rand(&b, 450 + i, 0, 0);
 357         a.neg = rand_neg();
 358         b.neg = rand_neg();
 359         BN_add(&c, &a, &b);
 360         if (bp != NULL) {
 361             if (!results) {
 362                 BN_print(bp, &a);
 363                 BIO_puts(bp, " + ");
 364                 BN_print(bp, &b);
 365                 BIO_puts(bp, " - ");
 366             }
 367             BN_print(bp, &c);
 368             BIO_puts(bp, "\n");
 369         }
 370         a.neg = !a.neg;
 371         b.neg = !b.neg;
 372         BN_add(&c, &c, &b);
 373         BN_add(&c, &c, &a);
 374         if (!BN_is_zero(&c)) {
 375             fprintf(stderr, "Add test failed!\n");
 376             return 0;
 377         }
 378     }
 379     BN_free(&a);
 380     BN_free(&b);
 381     BN_free(&c);
 382     return (1);
 383 }
 384
 385 int test_sub(BIO *bp)
 386 {
 387     BIGNUM a, b, c;
 388     int i;
 389
 390     BN_init(&a);
 391     BN_init(&b);
 392     BN_init(&c);
 393
 394     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 395         if (i < num1) {
 396             BN_bntest_rand(&a, 512, 0, 0);
 397             BN_copy(&b, &a);
 398             if (BN_set_bit(&a, i) == 0)
 399                 return (0);
 400             BN_add_word(&b, i);
 401         } else {
 402             BN_bntest_rand(&b, 400 + i - num1, 0, 0);
 403             a.neg = rand_neg();
 404             b.neg = rand_neg();
 405         }
 406         BN_sub(&c, &a, &b);
 407         if (bp != NULL) {
 408             if (!results) {
 409                 BN_print(bp, &a);
 410                 BIO_puts(bp, " - ");
 411                 BN_print(bp, &b);
 412                 BIO_puts(bp, " - ");
 413             }
 414             BN_print(bp, &c);
 415             BIO_puts(bp, "\n");
 416         }
 417         BN_add(&c, &c, &b);
 418         BN_sub(&c, &c, &a);
 419         if (!BN_is_zero(&c)) {
 420             fprintf(stderr, "Subtract test failed!\n");
 421             return 0;
 422         }
 423     }
 424     BN_free(&a);
 425     BN_free(&b);
 426     BN_free(&c);
 427     return (1);
 428 }
 429
 430 int test_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 431 {
 432     BIGNUM a, b, c, d, e;
 433     int i;
 434
 435     BN_init(&a);
 436     BN_init(&b);
 437     BN_init(&c);
 438     BN_init(&d);
 439     BN_init(&e);
 440
 441     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 442         if (i < num1) {
 443             BN_bntest_rand(&a, 400, 0, 0);
 444             BN_copy(&b, &a);
 445             BN_lshift(&a, &a, i);
 446             BN_add_word(&a, i);
 447         } else
 448             BN_bntest_rand(&b, 50 + 3 * (i - num1), 0, 0);
 449         a.neg = rand_neg();
 450         b.neg = rand_neg();
 451         BN_div(&d, &c, &a, &b, ctx);
 452         if (bp != NULL) {
 453             if (!results) {
 454                 BN_print(bp, &a);
 455                 BIO_puts(bp, " / ");
 456                 BN_print(bp, &b);
 457                 BIO_puts(bp, " - ");
 458             }
 459             BN_print(bp, &d);
 460             BIO_puts(bp, "\n");
 461
 462             if (!results) {
 463                 BN_print(bp, &a);
 464                 BIO_puts(bp, " % ");
 465                 BN_print(bp, &b);
 466                 BIO_puts(bp, " - ");
 467             }
 468             BN_print(bp, &c);
 469             BIO_puts(bp, "\n");
 470         }
 471         BN_mul(&e, &d, &b, ctx);
 472         BN_add(&d, &e, &c);
 473         BN_sub(&d, &d, &a);
 474         if (!BN_is_zero(&d)) {
 475             fprintf(stderr, "Division test failed!\n");
 476             return 0;
 477         }
 478     }
 479     BN_free(&a);
 480     BN_free(&b);
 481     BN_free(&c);
 482     BN_free(&d);
 483     BN_free(&e);
 484     return (1);
 485 }
 486
 487 static void print_word(BIO *bp, BN_ULONG w)
 488 {
 489 #ifdef SIXTY_FOUR_BIT
 490     if (sizeof(w) > sizeof(unsigned long)) {
 491         unsigned long h = (unsigned long)(w >> 32), l = (unsigned long)(w);
 492
 493         if (h)
 494             BIO_printf(bp, "%lX%08lX", h, l);
 495         else
 496             BIO_printf(bp, "%lX", l);
 497         return;
 498     }
 499 #endif
 500     BIO_printf(bp, "%lX", w);
 501 }
 502
 503 int test_div_word(BIO *bp)
 504 {
 505     BIGNUM a, b;
 506     BN_ULONG r, s;
 507     int i;
 508
 509     BN_init(&a);
 510     BN_init(&b);
 511
 512     for (i = 0; i < num0; i++) {
 513         do {
 514             BN_bntest_rand(&a, 512, -1, 0);
 515             BN_bntest_rand(&b, BN_BITS2, -1, 0);
 516             s = b.d[0];
 517         } while (!s);
 518
 519         BN_copy(&b, &a);
 520         r = BN_div_word(&b, s);
 521
 522         if (bp != NULL) {
 523             if (!results) {
 524                 BN_print(bp, &a);
 525                 BIO_puts(bp, " / ");
 526                 print_word(bp, s);
 527                 BIO_puts(bp, " - ");
 528             }
 529             BN_print(bp, &b);
 530             BIO_puts(bp, "\n");
 531
 532             if (!results) {
 533                 BN_print(bp, &a);
 534                 BIO_puts(bp, " % ");
 535                 print_word(bp, s);
 536                 BIO_puts(bp, " - ");
 537             }
 538             print_word(bp, r);
 539             BIO_puts(bp, "\n");
 540         }
 541         BN_mul_word(&b, s);
 542         BN_add_word(&b, r);
 543         BN_sub(&b, &a, &b);
 544         if (!BN_is_zero(&b)) {
 545             fprintf(stderr, "Division (word) test failed!\n");
 546             return 0;
 547         }
 548     }
 549     BN_free(&a);
 550     BN_free(&b);
 551     return (1);
 552 }
 553
 554 int test_div_recp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 555 {
 556     BIGNUM a, b, c, d, e;
 557     BN_RECP_CTX recp;
 558     int i;
 559
 560     BN_RECP_CTX_init(&recp);
 561     BN_init(&a);
 562     BN_init(&b);
 563     BN_init(&c);
 564     BN_init(&d);
 565     BN_init(&e);
 566
 567     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 568         if (i < num1) {
 569             BN_bntest_rand(&a, 400, 0, 0);
 570             BN_copy(&b, &a);
 571             BN_lshift(&a, &a, i);
 572             BN_add_word(&a, i);
 573         } else
 574             BN_bntest_rand(&b, 50 + 3 * (i - num1), 0, 0);
 575         a.neg = rand_neg();
 576         b.neg = rand_neg();
 577         BN_RECP_CTX_set(&recp, &b, ctx);
 578         BN_div_recp(&d, &c, &a, &recp, ctx);
 579         if (bp != NULL) {
 580             if (!results) {
 581                 BN_print(bp, &a);
 582                 BIO_puts(bp, " / ");
 583                 BN_print(bp, &b);
 584                 BIO_puts(bp, " - ");
 585             }
 586             BN_print(bp, &d);
 587             BIO_puts(bp, "\n");
 588
 589             if (!results) {
 590                 BN_print(bp, &a);
 591                 BIO_puts(bp, " % ");
 592                 BN_print(bp, &b);
 593                 BIO_puts(bp, " - ");
 594             }
 595             BN_print(bp, &c);
 596             BIO_puts(bp, "\n");
 597         }
 598         BN_mul(&e, &d, &b, ctx);
 599         BN_add(&d, &e, &c);
 600         BN_sub(&d, &d, &a);
 601         if (!BN_is_zero(&d)) {
 602             fprintf(stderr, "Reciprocal division test failed!\n");
 603             fprintf(stderr, "a=");
 604             BN_print_fp(stderr, &a);
 605             fprintf(stderr, "\nb=");
 606             BN_print_fp(stderr, &b);
 607             fprintf(stderr, "\n");
 608             return 0;
 609         }
 610     }
 611     BN_free(&a);
 612     BN_free(&b);
 613     BN_free(&c);
 614     BN_free(&d);
 615     BN_free(&e);
 616     BN_RECP_CTX_free(&recp);
 617     return (1);
 618 }
 619
 620 int test_mul(BIO *bp)
 621 {
 622     BIGNUM a, b, c, d, e;
 623     int i;
 624     BN_CTX *ctx;
 625
 626     ctx = BN_CTX_new();
 627     if (ctx == NULL)
 628         EXIT(1);
 629
 630     BN_init(&a);
 631     BN_init(&b);
 632     BN_init(&c);
 633     BN_init(&d);
 634     BN_init(&e);
 635
 636     for (i = 0; i < num0 + num1; i++) {
 637         if (i <= num1) {
 638             BN_bntest_rand(&a, 100, 0, 0);
 639             BN_bntest_rand(&b, 100, 0, 0);
 640         } else
 641             BN_bntest_rand(&b, i - num1, 0, 0);
 642         a.neg = rand_neg();
 643         b.neg = rand_neg();
 644         BN_mul(&c, &a, &b, ctx);
 645         if (bp != NULL) {
 646             if (!results) {
 647                 BN_print(bp, &a);
 648                 BIO_puts(bp, " * ");
 649                 BN_print(bp, &b);
 650                 BIO_puts(bp, " - ");
 651             }
 652             BN_print(bp, &c);
 653             BIO_puts(bp, "\n");
 654         }
 655         BN_div(&d, &e, &c, &a, ctx);
 656         BN_sub(&d, &d, &b);
 657         if (!BN_is_zero(&d) || !BN_is_zero(&e)) {
 658             fprintf(stderr, "Multiplication test failed!\n");
 659             return 0;
 660         }
 661     }
 662     BN_free(&a);
 663     BN_free(&b);
 664     BN_free(&c);
 665     BN_free(&d);
 666     BN_free(&e);
 667     BN_CTX_free(ctx);
 668     return (1);
 669 }
 670
 671 int test_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 672 {
 673     BIGNUM *a, *c, *d, *e;
 674     int i, ret = 0;
 675
 676     a = BN_new();
 677     c = BN_new();
 678     d = BN_new();
 679     e = BN_new();
 680     if (a == NULL || c == NULL || d == NULL || e == NULL) {
 681         goto err;
 682     }
 683
 684     for (i = 0; i < num0; i++) {
 685         BN_bntest_rand(a, 40 + i * 10, 0, 0);
 686         a->neg = rand_neg();
 687         BN_sqr(c, a, ctx);
 688         if (bp != NULL) {
 689             if (!results) {
 690                 BN_print(bp, a);
 691                 BIO_puts(bp, " * ");
 692                 BN_print(bp, a);
 693                 BIO_puts(bp, " - ");
 694             }
 695             BN_print(bp, c);
 696             BIO_puts(bp, "\n");
 697         }
 698         BN_div(d, e, c, a, ctx);
 699         BN_sub(d, d, a);
 700         if (!BN_is_zero(d) || !BN_is_zero(e)) {
 701             fprintf(stderr, "Square test failed!\n");
 702             goto err;
 703         }
 704     }
 705
 706     /* Regression test for a BN_sqr overflow bug. */
 707     BN_hex2bn(&a,
 708               "80000000000000008000000000000001"
 709               "FFFFFFFFFFFFFFFE0000000000000000");
 710     BN_sqr(c, a, ctx);
 711     if (bp != NULL) {
 712         if (!results) {
 713             BN_print(bp, a);
 714             BIO_puts(bp, " * ");
 715             BN_print(bp, a);
 716             BIO_puts(bp, " - ");
 717         }
 718         BN_print(bp, c);
 719         BIO_puts(bp, "\n");
 720     }
 721     BN_mul(d, a, a, ctx);
 722     if (BN_cmp(c, d)) {
 723         fprintf(stderr, "Square test failed: BN_sqr and BN_mul produce "
 724                 "different results!\n");
 725         goto err;
 726     }
 727
 728     /* Regression test for a BN_sqr overflow bug. */
 729     BN_hex2bn(&a,
 730               "80000000000000000000000080000001"
 731               "FFFFFFFE000000000000000000000000");
 732     BN_sqr(c, a, ctx);
 733     if (bp != NULL) {
 734         if (!results) {
 735             BN_print(bp, a);
 736             BIO_puts(bp, " * ");
 737             BN_print(bp, a);
 738             BIO_puts(bp, " - ");
 739         }
 740         BN_print(bp, c);
 741         BIO_puts(bp, "\n");
 742     }
 743     BN_mul(d, a, a, ctx);
 744     if (BN_cmp(c, d)) {
 745         fprintf(stderr, "Square test failed: BN_sqr and BN_mul produce "
 746                 "different results!\n");
 747         goto err;
 748     }
 749     ret = 1;
 750  err:
 751     if (a != NULL)
 752         BN_free(a);
 753     if (c != NULL)
 754         BN_free(c);
 755     if (d != NULL)
 756         BN_free(d);
 757     if (e != NULL)
 758         BN_free(e);
 759     return ret;
 760 }
 761
 762 int test_mont(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 763 {
 764     BIGNUM a, b, c, d, A, B;
 765     BIGNUM n;
 766     int i;
 767     BN_MONT_CTX *mont;
 768
 769     BN_init(&a);
 770     BN_init(&b);
 771     BN_init(&c);
 772     BN_init(&d);
 773     BN_init(&A);
 774     BN_init(&B);
 775     BN_init(&n);
 776
 777     mont = BN_MONT_CTX_new();
 778
 779     BN_bntest_rand(&a, 100, 0, 0);
 780     BN_bntest_rand(&b, 100, 0, 0);
 781     for (i = 0; i < num2; i++) {
 782         int bits = (200 * (i + 1)) / num2;
 783
 784         if (bits == 0)
 785             continue;
 786         BN_bntest_rand(&n, bits, 0, 1);
 787         BN_MONT_CTX_set(mont, &n, ctx);
 788
 789         BN_nnmod(&a, &a, &n, ctx);
 790         BN_nnmod(&b, &b, &n, ctx);
 791
 792         BN_to_montgomery(&A, &a, mont, ctx);
 793         BN_to_montgomery(&B, &b, mont, ctx);
 794
 795         BN_mod_mul_montgomery(&c, &A, &B, mont, ctx);
 796         BN_from_montgomery(&A, &c, mont, ctx);
 797         if (bp != NULL) {
 798             if (!results) {
 799 #ifdef undef
 800                 fprintf(stderr, "%d * %d %% %d\n",
 801                         BN_num_bits(&a),
 802                         BN_num_bits(&b), BN_num_bits(mont->N));
 803 #endif
 804                 BN_print(bp, &a);
 805                 BIO_puts(bp, " * ");
 806                 BN_print(bp, &b);
 807                 BIO_puts(bp, " % ");
 808                 BN_print(bp, &(mont->N));
 809                 BIO_puts(bp, " - ");
 810             }
 811             BN_print(bp, &A);
 812             BIO_puts(bp, "\n");
 813         }
 814         BN_mod_mul(&d, &a, &b, &n, ctx);
 815         BN_sub(&d, &d, &A);
 816         if (!BN_is_zero(&d)) {
 817             fprintf(stderr, "Montgomery multiplication test failed!\n");
 818             return 0;
 819         }
 820     }
 821     BN_MONT_CTX_free(mont);
 822     BN_free(&a);
 823     BN_free(&b);
 824     BN_free(&c);
 825     BN_free(&d);
 826     BN_free(&A);
 827     BN_free(&B);
 828     BN_free(&n);
 829     return (1);
 830 }
 831
 832 int test_mod(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 833 {
 834     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 835     int i;
 836
 837     a = BN_new();
 838     b = BN_new();
 839     c = BN_new();
 840     d = BN_new();
 841     e = BN_new();
 842
 843     BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
 844     for (i = 0; i < num0; i++) {
 845         BN_bntest_rand(b, 450 + i * 10, 0, 0);
 846         a->neg = rand_neg();
 847         b->neg = rand_neg();
 848         BN_mod(c, a, b, ctx);
 849         if (bp != NULL) {
 850             if (!results) {
 851                 BN_print(bp, a);
 852                 BIO_puts(bp, " % ");
 853                 BN_print(bp, b);
 854                 BIO_puts(bp, " - ");
 855             }
 856             BN_print(bp, c);
 857             BIO_puts(bp, "\n");
 858         }
 859         BN_div(d, e, a, b, ctx);
 860         BN_sub(e, e, c);
 861         if (!BN_is_zero(e)) {
 862             fprintf(stderr, "Modulo test failed!\n");
 863             return 0;
 864         }
 865     }
 866     BN_free(a);
 867     BN_free(b);
 868     BN_free(c);
 869     BN_free(d);
 870     BN_free(e);
 871     return (1);
 872 }
 873
 874 int test_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 875 {
 876     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 877     int i, j;
 878
 879     a = BN_new();
 880     b = BN_new();
 881     c = BN_new();
 882     d = BN_new();
 883     e = BN_new();
 884
 885     for (j = 0; j < 3; j++) {
 886         BN_bntest_rand(c, 1024, 0, 0);
 887         for (i = 0; i < num0; i++) {
 888             BN_bntest_rand(a, 475 + i * 10, 0, 0);
 889             BN_bntest_rand(b, 425 + i * 11, 0, 0);
 890             a->neg = rand_neg();
 891             b->neg = rand_neg();
 892             if (!BN_mod_mul(e, a, b, c, ctx)) {
 893                 unsigned long l;
 894
 895                 while ((l = ERR_get_error()))
 896                     fprintf(stderr, "ERROR:%s\n", ERR_error_string(l, NULL));
 897                 EXIT(1);
 898             }
 899             if (bp != NULL) {
 900                 if (!results) {
 901                     BN_print(bp, a);
 902                     BIO_puts(bp, " * ");
 903                     BN_print(bp, b);
 904                     BIO_puts(bp, " % ");
 905                     BN_print(bp, c);
 906                     if ((a->neg ^ b->neg) && !BN_is_zero(e)) {
 907                         /*
 908                          * If (a*b) % c is negative, c must be added in order
 909                          * to obtain the normalized remainder (new with
 910                          * OpenSSL 0.9.7, previous versions of BN_mod_mul
 911                          * could generate negative results)
 912                          */
 913                         BIO_puts(bp, " + ");
 914                         BN_print(bp, c);
 915                     }
 916                     BIO_puts(bp, " - ");
 917                 }
 918                 BN_print(bp, e);
 919                 BIO_puts(bp, "\n");
 920             }
 921             BN_mul(d, a, b, ctx);
 922             BN_sub(d, d, e);
 923             BN_div(a, b, d, c, ctx);
 924             if (!BN_is_zero(b)) {
 925                 fprintf(stderr, "Modulo multiply test failed!\n");
 926                 ERR_print_errors_fp(stderr);
 927                 return 0;
 928             }
 929         }
 930     }
 931     BN_free(a);
 932     BN_free(b);
 933     BN_free(c);
 934     BN_free(d);
 935     BN_free(e);
 936     return (1);
 937 }
 938
 939 int test_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 940 {
 941     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 942     int i;
 943
 944     a = BN_new();
 945     b = BN_new();
 946     c = BN_new();
 947     d = BN_new();
 948     e = BN_new();
 949
 950     BN_bntest_rand(c, 30, 0, 1); /* must be odd for montgomery */
 951     for (i = 0; i < num2; i++) {
 952         BN_bntest_rand(a, 20 + i * 5, 0, 0);
 953         BN_bntest_rand(b, 2 + i, 0, 0);
 954
 955         if (!BN_mod_exp(d, a, b, c, ctx))
 956             return (0);
 957
 958         if (bp != NULL) {
 959             if (!results) {
 960                 BN_print(bp, a);
 961                 BIO_puts(bp, " ^ ");
 962                 BN_print(bp, b);
 963                 BIO_puts(bp, " % ");
 964                 BN_print(bp, c);
 965                 BIO_puts(bp, " - ");
 966             }
 967             BN_print(bp, d);
 968             BIO_puts(bp, "\n");
 969         }
 970         BN_exp(e, a, b, ctx);
 971         BN_sub(e, e, d);
 972         BN_div(a, b, e, c, ctx);
 973         if (!BN_is_zero(b)) {
 974             fprintf(stderr, "Modulo exponentiation test failed!\n");
 975             return 0;
 976         }
 977     }
 978     BN_free(a);
 979     BN_free(b);
 980     BN_free(c);
 981     BN_free(d);
 982     BN_free(e);
 983     return (1);
 984 }
 985
 986 int test_mod_exp_mont_consttime(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
 987 {
 988     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
 989     int i;
 990
 991     a = BN_new();
 992     b = BN_new();
 993     c = BN_new();
 994     d = BN_new();
 995     e = BN_new();
 996
 997     BN_bntest_rand(c, 30, 0, 1); /* must be odd for montgomery */
 998     for (i = 0; i < num2; i++) {
 999         BN_bntest_rand(a, 20 + i * 5, 0, 0);
1000         BN_bntest_rand(b, 2 + i, 0, 0);
1001
1002         if (!BN_mod_exp_mont_consttime(d, a, b, c, ctx, NULL))
1003             return (00);
1004
1005         if (bp != NULL) {
1006             if (!results) {
1007                 BN_print(bp, a);
1008                 BIO_puts(bp, " ^ ");
1009                 BN_print(bp, b);
1010                 BIO_puts(bp, " % ");
1011                 BN_print(bp, c);
1012                 BIO_puts(bp, " - ");
1013             }
1014             BN_print(bp, d);
1015             BIO_puts(bp, "\n");
1016         }
1017         BN_exp(e, a, b, ctx);
1018         BN_sub(e, e, d);
1019         BN_div(a, b, e, c, ctx);
1020         if (!BN_is_zero(b)) {
1021             fprintf(stderr, "Modulo exponentiation test failed!\n");
1022             return 0;
1023         }
1024     }
1025     BN_free(a);
1026     BN_free(b);
1027     BN_free(c);
1028     BN_free(d);
1029     BN_free(e);
1030     return (1);
1031 }
1032
1033 int test_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1034 {
1035     BIGNUM *a, *b, *d, *e, *one;
1036     int i;
1037
1038     a = BN_new();
1039     b = BN_new();
1040     d = BN_new();
1041     e = BN_new();
1042     one = BN_new();
1043     BN_one(one);
1044
1045     for (i = 0; i < num2; i++) {
1046         BN_bntest_rand(a, 20 + i * 5, 0, 0);
1047         BN_bntest_rand(b, 2 + i, 0, 0);
1048
1049         if (BN_exp(d, a, b, ctx) <= 0)
1050             return (0);
1051
1052         if (bp != NULL) {
1053             if (!results) {
1054                 BN_print(bp, a);
1055                 BIO_puts(bp, " ^ ");
1056                 BN_print(bp, b);
1057                 BIO_puts(bp, " - ");
1058             }
1059             BN_print(bp, d);
1060             BIO_puts(bp, "\n");
1061         }
1062         BN_one(e);
1063         for (; !BN_is_zero(b); BN_sub(b, b, one))
1064             BN_mul(e, e, a, ctx);
1065         BN_sub(e, e, d);
1066         if (!BN_is_zero(e)) {
1067             fprintf(stderr, "Exponentiation test failed!\n");
1068             return 0;
1069         }
1070     }
1071     BN_free(a);
1072     BN_free(b);
1073     BN_free(d);
1074     BN_free(e);
1075     BN_free(one);
1076     return (1);
1077 }
1078
1079 int test_gf2m_add(BIO *bp)
1080 {
1081     BIGNUM a, b, c;
1082     int i, ret = 0;
1083
1084     BN_init(&a);
1085     BN_init(&b);
1086     BN_init(&c);
1087
1088     for (i = 0; i < num0; i++) {
1089         BN_rand(&a, 512, 0, 0);
1090         BN_copy(&b, BN_value_one());
1091         a.neg = rand_neg();
1092         b.neg = rand_neg();
1093         BN_GF2m_add(&c, &a, &b);
1094 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1095                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1096         if (bp != NULL) {
1097             if (!results) {
1098                 BN_print(bp, &a);
1099                 BIO_puts(bp, " ^ ");
1100                 BN_print(bp, &b);
1101                 BIO_puts(bp, " = ");
1102             }
1103             BN_print(bp, &c);
1104             BIO_puts(bp, "\n");
1105         }
1106 #endif
1107         /* Test that two added values have the correct parity. */
1108         if ((BN_is_odd(&a) && BN_is_odd(&c))
1109             || (!BN_is_odd(&a) && !BN_is_odd(&c))) {
1110             fprintf(stderr, "GF(2^m) addition test (a) failed!\n");
1111             goto err;
1112         }
1113         BN_GF2m_add(&c, &c, &c);
1114         /* Test that c + c = 0. */
1115         if (!BN_is_zero(&c)) {
1116             fprintf(stderr, "GF(2^m) addition test (b) failed!\n");
1117             goto err;
1118         }
1119     }
1120     ret = 1;
1121  err:
1122     BN_free(&a);
1123     BN_free(&b);
1124     BN_free(&c);
1125     return ret;
1126 }
1127
1128 int test_gf2m_mod(BIO *bp)
1129 {
1130     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e;
1131     int i, j, ret = 0;
1132     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1133     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1134
1135     a = BN_new();
1136     b[0] = BN_new();
1137     b[1] = BN_new();
1138     c = BN_new();
1139     d = BN_new();
1140     e = BN_new();
1141
1142     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1143     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1144
1145     for (i = 0; i < num0; i++) {
1146         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
1147         for (j = 0; j < 2; j++) {
1148             BN_GF2m_mod(c, a, b[j]);
1149 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1150                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1151             if (bp != NULL) {
1152                 if (!results) {
1153                     BN_print(bp, a);
1154                     BIO_puts(bp, " % ");
1155                     BN_print(bp, b[j]);
1156                     BIO_puts(bp, " - ");
1157                     BN_print(bp, c);
1158                     BIO_puts(bp, "\n");
1159                 }
1160             }
1161 #endif
1162             BN_GF2m_add(d, a, c);
1163             BN_GF2m_mod(e, d, b[j]);
1164             /* Test that a + (a mod p) mod p == 0. */
1165             if (!BN_is_zero(e)) {
1166                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modulo test failed!\n");
1167                 goto err;
1168             }
1169         }
1170     }
1171     ret = 1;
1172  err:
1173     BN_free(a);
1174     BN_free(b[0]);
1175     BN_free(b[1]);
1176     BN_free(c);
1177     BN_free(d);
1178     BN_free(e);
1179     return ret;
1180 }
1181
1182 int test_gf2m_mod_mul(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1183 {
1184     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f, *g, *h;
1185     int i, j, ret = 0;
1186     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1187     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1188
1189     a = BN_new();
1190     b[0] = BN_new();
1191     b[1] = BN_new();
1192     c = BN_new();
1193     d = BN_new();
1194     e = BN_new();
1195     f = BN_new();
1196     g = BN_new();
1197     h = BN_new();
1198
1199     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1200     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1201
1202     for (i = 0; i < num0; i++) {
1203         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
1204         BN_bntest_rand(c, 1024, 0, 0);
1205         BN_bntest_rand(d, 1024, 0, 0);
1206         for (j = 0; j < 2; j++) {
1207             BN_GF2m_mod_mul(e, a, c, b[j], ctx);
1208 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1209                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1210             if (bp != NULL) {
1211                 if (!results) {
1212                     BN_print(bp, a);
1213                     BIO_puts(bp, " * ");
1214                     BN_print(bp, c);
1215                     BIO_puts(bp, " % ");
1216                     BN_print(bp, b[j]);
1217                     BIO_puts(bp, " - ");
1218                     BN_print(bp, e);
1219                     BIO_puts(bp, "\n");
1220                 }
1221             }
1222 #endif
1223             BN_GF2m_add(f, a, d);
1224             BN_GF2m_mod_mul(g, f, c, b[j], ctx);
1225             BN_GF2m_mod_mul(h, d, c, b[j], ctx);
1226             BN_GF2m_add(f, e, g);
1227             BN_GF2m_add(f, f, h);
1228             /* Test that (a+d)*c = a*c + d*c. */
1229             if (!BN_is_zero(f)) {
1230                 fprintf(stderr,
1231                         "GF(2^m) modular multiplication test failed!\n");
1232                 goto err;
1233             }
1234         }
1235     }
1236     ret = 1;
1237  err:
1238     BN_free(a);
1239     BN_free(b[0]);
1240     BN_free(b[1]);
1241     BN_free(c);
1242     BN_free(d);
1243     BN_free(e);
1244     BN_free(f);
1245     BN_free(g);
1246     BN_free(h);
1247     return ret;
1248 }
1249
1250 int test_gf2m_mod_sqr(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1251 {
1252     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d;
1253     int i, j, ret = 0;
1254     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1255     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1256
1257     a = BN_new();
1258     b[0] = BN_new();
1259     b[1] = BN_new();
1260     c = BN_new();
1261     d = BN_new();
1262
1263     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1264     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1265
1266     for (i = 0; i < num0; i++) {
1267         BN_bntest_rand(a, 1024, 0, 0);
1268         for (j = 0; j < 2; j++) {
1269             BN_GF2m_mod_sqr(c, a, b[j], ctx);
1270             BN_copy(d, a);
1271             BN_GF2m_mod_mul(d, a, d, b[j], ctx);
1272 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1273                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1274             if (bp != NULL) {
1275                 if (!results) {
1276                     BN_print(bp, a);
1277                     BIO_puts(bp, " ^ 2 % ");
1278                     BN_print(bp, b[j]);
1279                     BIO_puts(bp, " = ");
1280                     BN_print(bp, c);
1281                     BIO_puts(bp, "; a * a = ");
1282                     BN_print(bp, d);
1283                     BIO_puts(bp, "\n");
1284                 }
1285             }
1286 #endif
1287             BN_GF2m_add(d, c, d);
1288             /* Test that a*a = a^2. */
1289             if (!BN_is_zero(d)) {
1290                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular squaring test failed!\n");
1291                 goto err;
1292             }
1293         }
1294     }
1295     ret = 1;
1296  err:
1297     BN_free(a);
1298     BN_free(b[0]);
1299     BN_free(b[1]);
1300     BN_free(c);
1301     BN_free(d);
1302     return ret;
1303 }
1304
1305 int test_gf2m_mod_inv(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1306 {
1307     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d;
1308     int i, j, ret = 0;
1309     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1310     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1311
1312     a = BN_new();
1313     b[0] = BN_new();
1314     b[1] = BN_new();
1315     c = BN_new();
1316     d = BN_new();
1317
1318     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1319     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1320
1321     for (i = 0; i < num0; i++) {
1322         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1323         for (j = 0; j < 2; j++) {
1324             BN_GF2m_mod_inv(c, a, b[j], ctx);
1325             BN_GF2m_mod_mul(d, a, c, b[j], ctx);
1326 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1327                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1328             if (bp != NULL) {
1329                 if (!results) {
1330                     BN_print(bp, a);
1331                     BIO_puts(bp, " * ");
1332                     BN_print(bp, c);
1333                     BIO_puts(bp, " - 1 % ");
1334                     BN_print(bp, b[j]);
1335                     BIO_puts(bp, "\n");
1336                 }
1337             }
1338 #endif
1339             /* Test that ((1/a)*a) = 1. */
1340             if (!BN_is_one(d)) {
1341                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular inversion test failed!\n");
1342                 goto err;
1343             }
1344         }
1345     }
1346     ret = 1;
1347  err:
1348     BN_free(a);
1349     BN_free(b[0]);
1350     BN_free(b[1]);
1351     BN_free(c);
1352     BN_free(d);
1353     return ret;
1354 }
1355
1356 int test_gf2m_mod_div(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1357 {
1358     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f;
1359     int i, j, ret = 0;
1360     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1361     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1362
1363     a = BN_new();
1364     b[0] = BN_new();
1365     b[1] = BN_new();
1366     c = BN_new();
1367     d = BN_new();
1368     e = BN_new();
1369     f = BN_new();
1370
1371     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1372     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1373
1374     for (i = 0; i < num0; i++) {
1375         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1376         BN_bntest_rand(c, 512, 0, 0);
1377         for (j = 0; j < 2; j++) {
1378             BN_GF2m_mod_div(d, a, c, b[j], ctx);
1379             BN_GF2m_mod_mul(e, d, c, b[j], ctx);
1380             BN_GF2m_mod_div(f, a, e, b[j], ctx);
1381 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1382                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1383             if (bp != NULL) {
1384                 if (!results) {
1385                     BN_print(bp, a);
1386                     BIO_puts(bp, " = ");
1387                     BN_print(bp, c);
1388                     BIO_puts(bp, " * ");
1389                     BN_print(bp, d);
1390                     BIO_puts(bp, " % ");
1391                     BN_print(bp, b[j]);
1392                     BIO_puts(bp, "\n");
1393                 }
1394             }
1395 #endif
1396             /* Test that ((a/c)*c)/a = 1. */
1397             if (!BN_is_one(f)) {
1398                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular division test failed!\n");
1399                 goto err;
1400             }
1401         }
1402     }
1403     ret = 1;
1404  err:
1405     BN_free(a);
1406     BN_free(b[0]);
1407     BN_free(b[1]);
1408     BN_free(c);
1409     BN_free(d);
1410     BN_free(e);
1411     BN_free(f);
1412     return ret;
1413 }
1414
1415 int test_gf2m_mod_exp(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1416 {
1417     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f;
1418     int i, j, ret = 0;
1419     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1420     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1421
1422     a = BN_new();
1423     b[0] = BN_new();
1424     b[1] = BN_new();
1425     c = BN_new();
1426     d = BN_new();
1427     e = BN_new();
1428     f = BN_new();
1429
1430     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1431     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1432
1433     for (i = 0; i < num0; i++) {
1434         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1435         BN_bntest_rand(c, 512, 0, 0);
1436         BN_bntest_rand(d, 512, 0, 0);
1437         for (j = 0; j < 2; j++) {
1438             BN_GF2m_mod_exp(e, a, c, b[j], ctx);
1439             BN_GF2m_mod_exp(f, a, d, b[j], ctx);
1440             BN_GF2m_mod_mul(e, e, f, b[j], ctx);
1441             BN_add(f, c, d);
1442             BN_GF2m_mod_exp(f, a, f, b[j], ctx);
1443 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1444                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1445             if (bp != NULL) {
1446                 if (!results) {
1447                     BN_print(bp, a);
1448                     BIO_puts(bp, " ^ (");
1449                     BN_print(bp, c);
1450                     BIO_puts(bp, " + ");
1451                     BN_print(bp, d);
1452                     BIO_puts(bp, ") = ");
1453                     BN_print(bp, e);
1454                     BIO_puts(bp, "; - ");
1455                     BN_print(bp, f);
1456                     BIO_puts(bp, " % ");
1457                     BN_print(bp, b[j]);
1458                     BIO_puts(bp, "\n");
1459                 }
1460             }
1461 #endif
1462             BN_GF2m_add(f, e, f);
1463             /* Test that a^(c+d)=a^c*a^d. */
1464             if (!BN_is_zero(f)) {
1465                 fprintf(stderr,
1466                         "GF(2^m) modular exponentiation test failed!\n");
1467                 goto err;
1468             }
1469         }
1470     }
1471     ret = 1;
1472  err:
1473     BN_free(a);
1474     BN_free(b[0]);
1475     BN_free(b[1]);
1476     BN_free(c);
1477     BN_free(d);
1478     BN_free(e);
1479     BN_free(f);
1480     return ret;
1481 }
1482
1483 int test_gf2m_mod_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1484 {
1485     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e, *f;
1486     int i, j, ret = 0;
1487     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1488     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1489
1490     a = BN_new();
1491     b[0] = BN_new();
1492     b[1] = BN_new();
1493     c = BN_new();
1494     d = BN_new();
1495     e = BN_new();
1496     f = BN_new();
1497
1498     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1499     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1500
1501     for (i = 0; i < num0; i++) {
1502         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1503         for (j = 0; j < 2; j++) {
1504             BN_GF2m_mod(c, a, b[j]);
1505             BN_GF2m_mod_sqrt(d, a, b[j], ctx);
1506             BN_GF2m_mod_sqr(e, d, b[j], ctx);
1507 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1508                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1509             if (bp != NULL) {
1510                 if (!results) {
1511                     BN_print(bp, d);
1512                     BIO_puts(bp, " ^ 2 - ");
1513                     BN_print(bp, a);
1514                     BIO_puts(bp, "\n");
1515                 }
1516             }
1517 #endif
1518             BN_GF2m_add(f, c, e);
1519             /* Test that d^2 = a, where d = sqrt(a). */
1520             if (!BN_is_zero(f)) {
1521                 fprintf(stderr, "GF(2^m) modular square root test failed!\n");
1522                 goto err;
1523             }
1524         }
1525     }
1526     ret = 1;
1527  err:
1528     BN_free(a);
1529     BN_free(b[0]);
1530     BN_free(b[1]);
1531     BN_free(c);
1532     BN_free(d);
1533     BN_free(e);
1534     BN_free(f);
1535     return ret;
1536 }
1537
1538 int test_gf2m_mod_solve_quad(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1539 {
1540     BIGNUM *a, *b[2], *c, *d, *e;
1541     int i, j, s = 0, t, ret = 0;
1542     unsigned int p0[] = { 163, 7, 6, 3, 0 };
1543     unsigned int p1[] = { 193, 15, 0 };
1544
1545     a = BN_new();
1546     b[0] = BN_new();
1547     b[1] = BN_new();
1548     c = BN_new();
1549     d = BN_new();
1550     e = BN_new();
1551
1552     BN_GF2m_arr2poly(p0, b[0]);
1553     BN_GF2m_arr2poly(p1, b[1]);
1554
1555     for (i = 0; i < num0; i++) {
1556         BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0);
1557         for (j = 0; j < 2; j++) {
1558             t = BN_GF2m_mod_solve_quad(c, a, b[j], ctx);
1559             if (t) {
1560                 s++;
1561                 BN_GF2m_mod_sqr(d, c, b[j], ctx);
1562                 BN_GF2m_add(d, c, d);
1563                 BN_GF2m_mod(e, a, b[j]);
1564 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1565                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1566                 if (bp != NULL) {
1567                     if (!results) {
1568                         BN_print(bp, c);
1569                         BIO_puts(bp, " is root of z^2 + z = ");
1570                         BN_print(bp, a);
1571                         BIO_puts(bp, " % ");
1572                         BN_print(bp, b[j]);
1573                         BIO_puts(bp, "\n");
1574                     }
1575                 }
1576 #endif
1577                 BN_GF2m_add(e, e, d);
1578                 /*
1579                  * Test that solution of quadratic c satisfies c^2 + c = a.
1580                  */
1581                 if (!BN_is_zero(e)) {
1582                     fprintf(stderr,
1583                             "GF(2^m) modular solve quadratic test failed!\n");
1584                     goto err;
1585                 }
1586
1587             } else {
1588 #if 0                           /* make test uses ouput in bc but bc can't
1589                                  * handle GF(2^m) arithmetic */
1590                 if (bp != NULL) {
1591                     if (!results) {
1592                         BIO_puts(bp, "There are no roots of z^2 + z = ");
1593                         BN_print(bp, a);
1594                         BIO_puts(bp, " % ");
1595                         BN_print(bp, b[j]);
1596                         BIO_puts(bp, "\n");
1597                     }
1598                 }
1599 #endif
1600             }
1601         }
1602     }
1603     if (s == 0) {
1604         fprintf(stderr,
1605                 "All %i tests of GF(2^m) modular solve quadratic resulted in no roots;\n",
1606                 num0);
1607         fprintf(stderr,
1608                 "this is very unlikely and probably indicates an error.\n");
1609         goto err;
1610     }
1611     ret = 1;
1612  err:
1613     BN_free(a);
1614     BN_free(b[0]);
1615     BN_free(b[1]);
1616     BN_free(c);
1617     BN_free(d);
1618     BN_free(e);
1619     return ret;
1620 }
1621
1622 static int genprime_cb(int p, int n, BN_GENCB *arg)
1623 {
1624     char c = '*';
1625
1626     if (p == 0)
1627         c = '.';
1628     if (p == 1)
1629         c = '+';
1630     if (p == 2)
1631         c = '*';
1632     if (p == 3)
1633         c = '\n';
1634     putc(c, stderr);
1635     fflush(stderr);
1636     return 1;
1637 }
1638
1639 int test_kron(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1640 {
1641     BN_GENCB cb;
1642     BIGNUM *a, *b, *r, *t;
1643     int i;
1644     int legendre, kronecker;
1645     int ret = 0;
1646
1647     a = BN_new();
1648     b = BN_new();
1649     r = BN_new();
1650     t = BN_new();
1651     if (a == NULL || b == NULL || r == NULL || t == NULL)
1652         goto err;
1653
1654     BN_GENCB_set(&cb, genprime_cb, NULL);
1655
1656     /*
1657      * We test BN_kronecker(a, b, ctx) just for b odd (Jacobi symbol). In
1658      * this case we know that if b is prime, then BN_kronecker(a, b, ctx) is
1659      * congruent to $a^{(b-1)/2}$, modulo $b$ (Legendre symbol). So we
1660      * generate a random prime b and compare these values for a number of
1661      * random a's.  (That is, we run the Solovay-Strassen primality test to
1662      * confirm that b is prime, except that we don't want to test whether b
1663      * is prime but whether BN_kronecker works.)
1664      */
1665
1666     if (!BN_generate_prime_ex(b, 512, 0, NULL, NULL, &cb))
1667         goto err;
1668     b->neg = rand_neg();
1669     putc('\n', stderr);
1670
1671     for (i = 0; i < num0; i++) {
1672         if (!BN_bntest_rand(a, 512, 0, 0))
1673             goto err;
1674         a->neg = rand_neg();
1675
1676         /* t := (|b|-1)/2  (note that b is odd) */
1677         if (!BN_copy(t, b))
1678             goto err;
1679         t->neg = 0;
1680         if (!BN_sub_word(t, 1))
1681             goto err;
1682         if (!BN_rshift1(t, t))
1683             goto err;
1684         /* r := a^t mod b */
1685         b->neg = 0;
1686
1687         if (!BN_mod_exp_recp(r, a, t, b, ctx))
1688             goto err;
1689         b->neg = 1;
1690
1691         if (BN_is_word(r, 1))
1692             legendre = 1;
1693         else if (BN_is_zero(r))
1694             legendre = 0;
1695         else {
1696             if (!BN_add_word(r, 1))
1697                 goto err;
1698             if (0 != BN_ucmp(r, b)) {
1699                 fprintf(stderr, "Legendre symbol computation failed\n");
1700                 goto err;
1701             }
1702             legendre = -1;
1703         }
1704
1705         kronecker = BN_kronecker(a, b, ctx);
1706         if (kronecker < -1)
1707             goto err;
1708         /* we actually need BN_kronecker(a, |b|) */
1709         if (a->neg && b->neg)
1710             kronecker = -kronecker;
1711
1712         if (legendre != kronecker) {
1713             fprintf(stderr, "legendre != kronecker; a = ");
1714             BN_print_fp(stderr, a);
1715             fprintf(stderr, ", b = ");
1716             BN_print_fp(stderr, b);
1717             fprintf(stderr, "\n");
1718             goto err;
1719         }
1720
1721         putc('.', stderr);
1722         fflush(stderr);
1723     }
1724
1725     putc('\n', stderr);
1726     fflush(stderr);
1727     ret = 1;
1728  err:
1729     if (a != NULL)
1730         BN_free(a);
1731     if (b != NULL)
1732         BN_free(b);
1733     if (r != NULL)
1734         BN_free(r);
1735     if (t != NULL)
1736         BN_free(t);
1737     return ret;
1738 }
1739
1740 int test_sqrt(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1741 {
1742     BN_GENCB cb;
1743     BIGNUM *a, *p, *r;
1744     int i, j;
1745     int ret = 0;
1746
1747     a = BN_new();
1748     p = BN_new();
1749     r = BN_new();
1750     if (a == NULL || p == NULL || r == NULL)
1751         goto err;
1752
1753     BN_GENCB_set(&cb, genprime_cb, NULL);
1754
1755     for (i = 0; i < 16; i++) {
1756         if (i < 8) {
1757             unsigned primes[8] = { 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 };
1758
1759             if (!BN_set_word(p, primes[i]))
1760                 goto err;
1761         } else {
1762             if (!BN_set_word(a, 32))
1763                 goto err;
1764             if (!BN_set_word(r, 2 * i + 1))
1765                 goto err;
1766
1767             if (!BN_generate_prime_ex(p, 256, 0, a, r, &cb))
1768                 goto err;
1769             putc('\n', stderr);
1770         }
1771         p->neg = rand_neg();
1772
1773         for (j = 0; j < num2; j++) {
1774             /*
1775              * construct 'a' such that it is a square modulo p, but in
1776              * general not a proper square and not reduced modulo p
1777              */
1778             if (!BN_bntest_rand(r, 256, 0, 3))
1779                 goto err;
1780             if (!BN_nnmod(r, r, p, ctx))
1781                 goto err;
1782             if (!BN_mod_sqr(r, r, p, ctx))
1783                 goto err;
1784             if (!BN_bntest_rand(a, 256, 0, 3))
1785                 goto err;
1786             if (!BN_nnmod(a, a, p, ctx))
1787                 goto err;
1788             if (!BN_mod_sqr(a, a, p, ctx))
1789                 goto err;
1790             if (!BN_mul(a, a, r, ctx))
1791                 goto err;
1792             if (rand_neg())
1793                 if (!BN_sub(a, a, p))
1794                     goto err;
1795
1796             if (!BN_mod_sqrt(r, a, p, ctx))
1797                 goto err;
1798             if (!BN_mod_sqr(r, r, p, ctx))
1799                 goto err;
1800
1801             if (!BN_nnmod(a, a, p, ctx))
1802                 goto err;
1803
1804             if (BN_cmp(a, r) != 0) {
1805                 fprintf(stderr, "BN_mod_sqrt failed: a = ");
1806                 BN_print_fp(stderr, a);
1807                 fprintf(stderr, ", r = ");
1808                 BN_print_fp(stderr, r);
1809                 fprintf(stderr, ", p = ");
1810                 BN_print_fp(stderr, p);
1811                 fprintf(stderr, "\n");
1812                 goto err;
1813             }
1814
1815             putc('.', stderr);
1816             fflush(stderr);
1817         }
1818
1819         putc('\n', stderr);
1820         fflush(stderr);
1821     }
1822     ret = 1;
1823  err:
1824     if (a != NULL)
1825         BN_free(a);
1826     if (p != NULL)
1827         BN_free(p);
1828     if (r != NULL)
1829         BN_free(r);
1830     return ret;
1831 }
1832
1833 int test_lshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx, BIGNUM *a_)
1834 {
1835     BIGNUM *a, *b, *c, *d;
1836     int i;
1837
1838     b = BN_new();
1839     c = BN_new();
1840     d = BN_new();
1841     BN_one(c);
1842
1843     if (a_)
1844         a = a_;
1845     else {
1846         a = BN_new();
1847         BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
1848         a->neg = rand_neg();
1849     }
1850     for (i = 0; i < num0; i++) {
1851         BN_lshift(b, a, i + 1);
1852         BN_add(c, c, c);
1853         if (bp != NULL) {
1854             if (!results) {
1855                 BN_print(bp, a);
1856                 BIO_puts(bp, " * ");
1857                 BN_print(bp, c);
1858                 BIO_puts(bp, " - ");
1859             }
1860             BN_print(bp, b);
1861             BIO_puts(bp, "\n");
1862         }
1863         BN_mul(d, a, c, ctx);
1864         BN_sub(d, d, b);
1865         if (!BN_is_zero(d)) {
1866             fprintf(stderr, "Left shift test failed!\n");
1867             fprintf(stderr, "a=");
1868             BN_print_fp(stderr, a);
1869             fprintf(stderr, "\nb=");
1870             BN_print_fp(stderr, b);
1871             fprintf(stderr, "\nc=");
1872             BN_print_fp(stderr, c);
1873             fprintf(stderr, "\nd=");
1874             BN_print_fp(stderr, d);
1875             fprintf(stderr, "\n");
1876             return 0;
1877         }
1878     }
1879     BN_free(a);
1880     BN_free(b);
1881     BN_free(c);
1882     BN_free(d);
1883     return (1);
1884 }
1885
1886 int test_lshift1(BIO *bp)
1887 {
1888     BIGNUM *a, *b, *c;
1889     int i;
1890
1891     a = BN_new();
1892     b = BN_new();
1893     c = BN_new();
1894
1895     BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
1896     a->neg = rand_neg();
1897     for (i = 0; i < num0; i++) {
1898         BN_lshift1(b, a);
1899         if (bp != NULL) {
1900             if (!results) {
1901                 BN_print(bp, a);
1902                 BIO_puts(bp, " * 2");
1903                 BIO_puts(bp, " - ");
1904             }
1905             BN_print(bp, b);
1906             BIO_puts(bp, "\n");
1907         }
1908         BN_add(c, a, a);
1909         BN_sub(a, b, c);
1910         if (!BN_is_zero(a)) {
1911             fprintf(stderr, "Left shift one test failed!\n");
1912             return 0;
1913         }
1914
1915         BN_copy(a, b);
1916     }
1917     BN_free(a);
1918     BN_free(b);
1919     BN_free(c);
1920     return (1);
1921 }
1922
1923 int test_rshift(BIO *bp, BN_CTX *ctx)
1924 {
1925     BIGNUM *a, *b, *c, *d, *e;
1926     int i;
1927
1928     a = BN_new();
1929     b = BN_new();
1930     c = BN_new();
1931     d = BN_new();
1932     e = BN_new();
1933     BN_one(c);
1934
1935     BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
1936     a->neg = rand_neg();
1937     for (i = 0; i < num0; i++) {
1938         BN_rshift(b, a, i + 1);
1939         BN_add(c, c, c);
1940         if (bp != NULL) {
1941             if (!results) {
1942                 BN_print(bp, a);
1943                 BIO_puts(bp, " / ");
1944                 BN_print(bp, c);
1945                 BIO_puts(bp, " - ");
1946             }
1947             BN_print(bp, b);
1948             BIO_puts(bp, "\n");
1949         }
1950         BN_div(d, e, a, c, ctx);
1951         BN_sub(d, d, b);
1952         if (!BN_is_zero(d)) {
1953             fprintf(stderr, "Right shift test failed!\n");
1954             return 0;
1955         }
1956     }
1957     BN_free(a);
1958     BN_free(b);
1959     BN_free(c);
1960     BN_free(d);
1961     BN_free(e);
1962     return (1);
1963 }
1964
1965 int test_rshift1(BIO *bp)
1966 {
1967     BIGNUM *a, *b, *c;
1968     int i;
1969
1970     a = BN_new();
1971     b = BN_new();
1972     c = BN_new();
1973
1974     BN_bntest_rand(a, 200, 0, 0);
1975     a->neg = rand_neg();
1976     for (i = 0; i < num0; i++) {
1977         BN_rshift1(b, a);
1978         if (bp != NULL) {
1979             if (!results) {
1980                 BN_print(bp, a);
1981                 BIO_puts(bp, " / 2");
1982                 BIO_puts(bp, " - ");
1983             }
1984             BN_print(bp, b);
1985             BIO_puts(bp, "\n");
1986         }
1987         BN_sub(c, a, b);
1988         BN_sub(c, c, b);
1989         if (!BN_is_zero(c) && !BN_abs_is_word(c, 1)) {
1990             fprintf(stderr, "Right shift one test failed!\n");
1991             return 0;
1992         }
1993         BN_copy(a, b);
1994     }
1995     BN_free(a);
1996     BN_free(b);
1997     BN_free(c);
1998     return (1);
1999 }
2000
2001 int rand_neg(void)
2002 {
2003     static unsigned int neg = 0;
2004     static int sign[8] = { 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1 };
2005
2006     return (sign[(neg++) % 8]);
2007 }