xref: /netbsd-src/crypto/external/bsd/openssl/dist/test/exptest.c (revision 8fbed61efdd901c0e09614c9f45356aeeab23fe3)
1c7da899bSchristos /*
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3c7da899bSchristos  *
4*8fbed61eSchristos  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
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7c7da899bSchristos  * https://www.openssl.org/source/license.html
8c7da899bSchristos  */
9c7da899bSchristos 
10c7da899bSchristos #include <stdio.h>
11c7da899bSchristos #include <stdlib.h>
12c7da899bSchristos #include <string.h>
13c7da899bSchristos 
14e0ea3921Schristos #include "internal/nelem.h"
15c7da899bSchristos 
16c7da899bSchristos #include <openssl/bio.h>
17c7da899bSchristos #include <openssl/bn.h>
18c7da899bSchristos #include <openssl/rand.h>
19c7da899bSchristos #include <openssl/err.h>
20c7da899bSchristos 
21e0ea3921Schristos #include "testutil.h"
22e0ea3921Schristos 
23c7da899bSchristos #define NUM_BITS        (BN_BITS2 * 4)
24c7da899bSchristos 
25e0ea3921Schristos #define BN_print_var(v) test_output_bignum(#v, v)
26c7da899bSchristos 
27c7da899bSchristos /*
28c7da899bSchristos  * Test that r == 0 in test_exp_mod_zero(). Returns one on success,
29c7da899bSchristos  * returns zero and prints debug output otherwise.
30c7da899bSchristos  */
a_is_zero_mod_one(const char * method,const BIGNUM * r,const BIGNUM * a)31c7da899bSchristos static int a_is_zero_mod_one(const char *method, const BIGNUM *r,
32e0ea3921Schristos                              const BIGNUM *a)
33e0ea3921Schristos {
34c7da899bSchristos     if (!BN_is_zero(r)) {
35e0ea3921Schristos         TEST_error("%s failed: a ** 0 mod 1 = r (should be 0)", method);
36e0ea3921Schristos         BN_print_var(a);
37e0ea3921Schristos         BN_print_var(r);
38c7da899bSchristos         return 0;
39c7da899bSchristos     }
40c7da899bSchristos     return 1;
41c7da899bSchristos }
42c7da899bSchristos 
43c7da899bSchristos /*
44e0ea3921Schristos  * test_mod_exp_zero tests that x**0 mod 1 == 0. It returns zero on success.
45c7da899bSchristos  */
test_mod_exp_zero(void)46e0ea3921Schristos static int test_mod_exp_zero(void)
47c7da899bSchristos {
48c7da899bSchristos     BIGNUM *a = NULL, *p = NULL, *m = NULL;
49c7da899bSchristos     BIGNUM *r = NULL;
50c7da899bSchristos     BN_ULONG one_word = 1;
51c7da899bSchristos     BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();
52be43b372Schristos     int ret = 0, failed = 0;
53be43b372Schristos     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
54c7da899bSchristos 
55e0ea3921Schristos     if (!TEST_ptr(m = BN_new())
56e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(a = BN_new())
57e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(p = BN_new())
58e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(r = BN_new()))
59c7da899bSchristos         goto err;
60e0ea3921Schristos 
61c7da899bSchristos     BN_one(m);
62c7da899bSchristos     BN_one(a);
63c7da899bSchristos     BN_zero(p);
64c7da899bSchristos 
65e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_rand(a, 1024, BN_RAND_TOP_ONE, BN_RAND_BOTTOM_ANY)))
66c7da899bSchristos         goto err;
67c7da899bSchristos 
68e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp(r, a, p, m, ctx)))
69c7da899bSchristos         goto err;
70c7da899bSchristos 
71e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(a_is_zero_mod_one("BN_mod_exp", r, a)))
72c7da899bSchristos         failed = 1;
73c7da899bSchristos 
74e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp_recp(r, a, p, m, ctx)))
75c7da899bSchristos         goto err;
76c7da899bSchristos 
77e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(a_is_zero_mod_one("BN_mod_exp_recp", r, a)))
78c7da899bSchristos         failed = 1;
79c7da899bSchristos 
80e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp_simple(r, a, p, m, ctx)))
81c7da899bSchristos         goto err;
82c7da899bSchristos 
83e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(a_is_zero_mod_one("BN_mod_exp_simple", r, a)))
84c7da899bSchristos         failed = 1;
85c7da899bSchristos 
86e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont(r, a, p, m, ctx, NULL)))
87c7da899bSchristos         goto err;
88c7da899bSchristos 
89e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(a_is_zero_mod_one("BN_mod_exp_mont", r, a)))
90c7da899bSchristos         failed = 1;
91c7da899bSchristos 
92e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(r, a, p, m, ctx, NULL)))
93c7da899bSchristos         goto err;
94c7da899bSchristos 
95e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(a_is_zero_mod_one("BN_mod_exp_mont_consttime", r, a)))
96c7da899bSchristos         failed = 1;
97c7da899bSchristos 
98be43b372Schristos     if (!TEST_ptr(mont = BN_MONT_CTX_new()))
99be43b372Schristos         goto err;
100be43b372Schristos 
101be43b372Schristos     ERR_set_mark();
102be43b372Schristos     /* mont is not set but passed in */
103be43b372Schristos     if (!TEST_false(BN_mod_exp_mont_consttime(r, p, a, m, ctx, mont)))
104be43b372Schristos         goto err;
105be43b372Schristos     if (!TEST_false(BN_mod_exp_mont(r, p, a, m, ctx, mont)))
106be43b372Schristos         goto err;
107be43b372Schristos     ERR_pop_to_mark();
108be43b372Schristos 
109be43b372Schristos     if (!TEST_true(BN_MONT_CTX_set(mont, m, ctx)))
110be43b372Schristos         goto err;
111be43b372Schristos 
112be43b372Schristos     /* we compute 0 ** a mod 1 here, to execute code that uses mont */
113be43b372Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(r, p, a, m, ctx, mont)))
114be43b372Schristos         goto err;
115be43b372Schristos 
116be43b372Schristos     if (!TEST_true(a_is_zero_mod_one("BN_mod_exp_mont_consttime", r, a)))
117be43b372Schristos         failed = 1;
118be43b372Schristos 
119be43b372Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont(r, p, a, m, ctx, mont)))
120be43b372Schristos         goto err;
121be43b372Schristos 
122be43b372Schristos     if (!TEST_true(a_is_zero_mod_one("BN_mod_exp_mont", r, a)))
123be43b372Schristos         failed = 1;
124be43b372Schristos 
125c7da899bSchristos     /*
126c7da899bSchristos      * A different codepath exists for single word multiplication
127c7da899bSchristos      * in non-constant-time only.
128c7da899bSchristos      */
129e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_mod_exp_mont_word(r, one_word, p, m, ctx, NULL)))
130c7da899bSchristos         goto err;
131c7da899bSchristos 
132e0ea3921Schristos     if (!TEST_BN_eq_zero(r)) {
133e0ea3921Schristos         TEST_error("BN_mod_exp_mont_word failed: "
134e0ea3921Schristos                    "1 ** 0 mod 1 = r (should be 0)");
135e0ea3921Schristos         BN_print_var(r);
136e0ea3921Schristos         goto err;
137c7da899bSchristos     }
138c7da899bSchristos 
139e0ea3921Schristos     ret = !failed;
140c7da899bSchristos  err:
141c7da899bSchristos     BN_free(r);
142c7da899bSchristos     BN_free(a);
143c7da899bSchristos     BN_free(p);
144c7da899bSchristos     BN_free(m);
145be43b372Schristos     BN_MONT_CTX_free(mont);
146c7da899bSchristos     BN_CTX_free(ctx);
147c7da899bSchristos 
148c7da899bSchristos     return ret;
149c7da899bSchristos }
150c7da899bSchristos 
test_mod_exp(int round)151e0ea3921Schristos static int test_mod_exp(int round)
152c7da899bSchristos {
153c7da899bSchristos     BN_CTX *ctx;
154c7da899bSchristos     unsigned char c;
155e0ea3921Schristos     int ret = 0;
156e0ea3921Schristos     BIGNUM *r_mont = NULL;
157e0ea3921Schristos     BIGNUM *r_mont_const = NULL;
158e0ea3921Schristos     BIGNUM *r_recp = NULL;
159e0ea3921Schristos     BIGNUM *r_simple = NULL;
160e0ea3921Schristos     BIGNUM *a = NULL;
161e0ea3921Schristos     BIGNUM *b = NULL;
162e0ea3921Schristos     BIGNUM *m = NULL;
163c7da899bSchristos 
164e0ea3921Schristos     if (!TEST_ptr(ctx = BN_CTX_new()))
165c7da899bSchristos         goto err;
166c7da899bSchristos 
167e0ea3921Schristos     if (!TEST_ptr(r_mont = BN_new())
168e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(r_mont_const = BN_new())
169e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(r_recp = BN_new())
170e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(r_simple = BN_new())
171e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(a = BN_new())
172e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(b = BN_new())
173e0ea3921Schristos         || !TEST_ptr(m = BN_new()))
174e0ea3921Schristos         goto err;
175c7da899bSchristos 
176*8fbed61eSchristos     if (!TEST_int_gt(RAND_bytes(&c, 1), 0))
177*8fbed61eSchristos         goto err;
178c7da899bSchristos     c = (c % BN_BITS) - BN_BITS2;
179*8fbed61eSchristos     if (!TEST_true(BN_rand(a, NUM_BITS + c, BN_RAND_TOP_ONE,
180*8fbed61eSchristos                            BN_RAND_BOTTOM_ANY)))
181*8fbed61eSchristos         goto err;
182c7da899bSchristos 
183*8fbed61eSchristos     if (!TEST_int_gt(RAND_bytes(&c, 1), 0))
184*8fbed61eSchristos         goto err;
185c7da899bSchristos     c = (c % BN_BITS) - BN_BITS2;
186*8fbed61eSchristos     if (!TEST_true(BN_rand(b, NUM_BITS + c, BN_RAND_TOP_ONE,
187*8fbed61eSchristos                            BN_RAND_BOTTOM_ANY)))
188*8fbed61eSchristos         goto err;
189c7da899bSchristos 
190*8fbed61eSchristos     if (!TEST_int_gt(RAND_bytes(&c, 1), 0))
191*8fbed61eSchristos         goto err;
192c7da899bSchristos     c = (c % BN_BITS) - BN_BITS2;
193*8fbed61eSchristos     if (!TEST_true(BN_rand(m, NUM_BITS + c, BN_RAND_TOP_ONE,
194*8fbed61eSchristos                            BN_RAND_BOTTOM_ODD)))
195*8fbed61eSchristos         goto err;
196c7da899bSchristos 
197e0ea3921Schristos     if (!TEST_true(BN_mod(a, a, m, ctx))
198e0ea3921Schristos         || !TEST_true(BN_mod(b, b, m, ctx))
199e0ea3921Schristos         || !TEST_true(BN_mod_exp_mont(r_mont, a, b, m, ctx, NULL))
200e0ea3921Schristos         || !TEST_true(BN_mod_exp_recp(r_recp, a, b, m, ctx))
201e0ea3921Schristos         || !TEST_true(BN_mod_exp_simple(r_simple, a, b, m, ctx))
202e0ea3921Schristos         || !TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime(r_mont_const, a, b, m, ctx, NULL)))
203e0ea3921Schristos         goto err;
204c7da899bSchristos 
205e0ea3921Schristos     if (!TEST_BN_eq(r_simple, r_mont)
206e0ea3921Schristos         || !TEST_BN_eq(r_simple, r_recp)
207e0ea3921Schristos         || !TEST_BN_eq(r_simple, r_mont_const)) {
208c7da899bSchristos         if (BN_cmp(r_simple, r_mont) != 0)
209e0ea3921Schristos             TEST_info("simple and mont results differ");
210c7da899bSchristos         if (BN_cmp(r_simple, r_mont_const) != 0)
211e0ea3921Schristos             TEST_info("simple and mont const time results differ");
212c7da899bSchristos         if (BN_cmp(r_simple, r_recp) != 0)
213e0ea3921Schristos             TEST_info("simple and recp results differ");
214c7da899bSchristos 
215e0ea3921Schristos         BN_print_var(a);
216e0ea3921Schristos         BN_print_var(b);
217e0ea3921Schristos         BN_print_var(m);
218e0ea3921Schristos         BN_print_var(r_simple);
219e0ea3921Schristos         BN_print_var(r_recp);
220e0ea3921Schristos         BN_print_var(r_mont);
221e0ea3921Schristos         BN_print_var(r_mont_const);
222e0ea3921Schristos         goto err;
223c7da899bSchristos     }
224e0ea3921Schristos 
225e0ea3921Schristos     ret = 1;
226e0ea3921Schristos  err:
227c7da899bSchristos     BN_free(r_mont);
228c7da899bSchristos     BN_free(r_mont_const);
229c7da899bSchristos     BN_free(r_recp);
230c7da899bSchristos     BN_free(r_simple);
231c7da899bSchristos     BN_free(a);
232c7da899bSchristos     BN_free(b);
233c7da899bSchristos     BN_free(m);
234c7da899bSchristos     BN_CTX_free(ctx);
235c7da899bSchristos 
236e0ea3921Schristos     return ret;
237e0ea3921Schristos }
238c7da899bSchristos 
test_mod_exp_x2(int idx)239*8fbed61eSchristos static int test_mod_exp_x2(int idx)
240*8fbed61eSchristos {
241*8fbed61eSchristos     BN_CTX *ctx;
242*8fbed61eSchristos     int ret = 0;
243*8fbed61eSchristos     BIGNUM *r_mont_const_x2_1 = NULL;
244*8fbed61eSchristos     BIGNUM *r_mont_const_x2_2 = NULL;
245*8fbed61eSchristos     BIGNUM *r_simple1 = NULL;
246*8fbed61eSchristos     BIGNUM *r_simple2 = NULL;
247*8fbed61eSchristos     BIGNUM *a1 = NULL;
248*8fbed61eSchristos     BIGNUM *b1 = NULL;
249*8fbed61eSchristos     BIGNUM *m1 = NULL;
250*8fbed61eSchristos     BIGNUM *a2 = NULL;
251*8fbed61eSchristos     BIGNUM *b2 = NULL;
252*8fbed61eSchristos     BIGNUM *m2 = NULL;
253*8fbed61eSchristos     int factor_size = 0;
254*8fbed61eSchristos 
255*8fbed61eSchristos     /*
256*8fbed61eSchristos      * Currently only 1024-bit factor size is supported.
257*8fbed61eSchristos      */
258*8fbed61eSchristos     if (idx <= 100)
259*8fbed61eSchristos         factor_size = 1024;
260*8fbed61eSchristos 
261*8fbed61eSchristos     if (!TEST_ptr(ctx = BN_CTX_new()))
262*8fbed61eSchristos         goto err;
263*8fbed61eSchristos 
264*8fbed61eSchristos     if (!TEST_ptr(r_mont_const_x2_1 = BN_new())
265*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(r_mont_const_x2_2 = BN_new())
266*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(r_simple1 = BN_new())
267*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(r_simple2 = BN_new())
268*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(a1 = BN_new())
269*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(b1 = BN_new())
270*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(m1 = BN_new())
271*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(a2 = BN_new())
272*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(b2 = BN_new())
273*8fbed61eSchristos         || !TEST_ptr(m2 = BN_new()))
274*8fbed61eSchristos         goto err;
275*8fbed61eSchristos 
276*8fbed61eSchristos     BN_rand(a1, factor_size, BN_RAND_TOP_ONE, BN_RAND_BOTTOM_ANY);
277*8fbed61eSchristos     BN_rand(b1, factor_size, BN_RAND_TOP_ONE, BN_RAND_BOTTOM_ANY);
278*8fbed61eSchristos     BN_rand(m1, factor_size, BN_RAND_TOP_ONE, BN_RAND_BOTTOM_ODD);
279*8fbed61eSchristos     BN_rand(a2, factor_size, BN_RAND_TOP_ONE, BN_RAND_BOTTOM_ANY);
280*8fbed61eSchristos     BN_rand(b2, factor_size, BN_RAND_TOP_ONE, BN_RAND_BOTTOM_ANY);
281*8fbed61eSchristos     BN_rand(m2, factor_size, BN_RAND_TOP_ONE, BN_RAND_BOTTOM_ODD);
282*8fbed61eSchristos 
283*8fbed61eSchristos     if (!TEST_true(BN_mod(a1, a1, m1, ctx))
284*8fbed61eSchristos         || !TEST_true(BN_mod(b1, b1, m1, ctx))
285*8fbed61eSchristos         || !TEST_true(BN_mod(a2, a2, m2, ctx))
286*8fbed61eSchristos         || !TEST_true(BN_mod(b2, b2, m2, ctx))
287*8fbed61eSchristos         || !TEST_true(BN_mod_exp_simple(r_simple1, a1, b1, m1, ctx))
288*8fbed61eSchristos         || !TEST_true(BN_mod_exp_simple(r_simple2, a2, b2, m2, ctx))
289*8fbed61eSchristos         || !TEST_true(BN_mod_exp_mont_consttime_x2(r_mont_const_x2_1, a1, b1, m1, NULL,
290*8fbed61eSchristos                                                    r_mont_const_x2_2, a2, b2, m2, NULL,
291*8fbed61eSchristos                                                    ctx)))
292*8fbed61eSchristos         goto err;
293*8fbed61eSchristos 
294*8fbed61eSchristos     if (!TEST_BN_eq(r_simple1, r_mont_const_x2_1)
295*8fbed61eSchristos         || !TEST_BN_eq(r_simple2, r_mont_const_x2_2)) {
296*8fbed61eSchristos         if (BN_cmp(r_simple1, r_mont_const_x2_1) != 0)
297*8fbed61eSchristos             TEST_info("simple and mont const time x2 (#1) results differ");
298*8fbed61eSchristos         if (BN_cmp(r_simple2, r_mont_const_x2_2) != 0)
299*8fbed61eSchristos             TEST_info("simple and mont const time x2 (#2) results differ");
300*8fbed61eSchristos 
301*8fbed61eSchristos         BN_print_var(a1);
302*8fbed61eSchristos         BN_print_var(b1);
303*8fbed61eSchristos         BN_print_var(m1);
304*8fbed61eSchristos         BN_print_var(a2);
305*8fbed61eSchristos         BN_print_var(b2);
306*8fbed61eSchristos         BN_print_var(m2);
307*8fbed61eSchristos         BN_print_var(r_simple1);
308*8fbed61eSchristos         BN_print_var(r_simple2);
309*8fbed61eSchristos         BN_print_var(r_mont_const_x2_1);
310*8fbed61eSchristos         BN_print_var(r_mont_const_x2_2);
311*8fbed61eSchristos         goto err;
312*8fbed61eSchristos     }
313*8fbed61eSchristos 
314*8fbed61eSchristos     ret = 1;
315*8fbed61eSchristos  err:
316*8fbed61eSchristos     BN_free(r_mont_const_x2_1);
317*8fbed61eSchristos     BN_free(r_mont_const_x2_2);
318*8fbed61eSchristos     BN_free(r_simple1);
319*8fbed61eSchristos     BN_free(r_simple2);
320*8fbed61eSchristos     BN_free(a1);
321*8fbed61eSchristos     BN_free(b1);
322*8fbed61eSchristos     BN_free(m1);
323*8fbed61eSchristos     BN_free(a2);
324*8fbed61eSchristos     BN_free(b2);
325*8fbed61eSchristos     BN_free(m2);
326*8fbed61eSchristos     BN_CTX_free(ctx);
327*8fbed61eSchristos 
328*8fbed61eSchristos     return ret;
329*8fbed61eSchristos }
330*8fbed61eSchristos 
setup_tests(void)331e0ea3921Schristos int setup_tests(void)
332e0ea3921Schristos {
333e0ea3921Schristos     ADD_TEST(test_mod_exp_zero);
334e0ea3921Schristos     ADD_ALL_TESTS(test_mod_exp, 200);
335*8fbed61eSchristos     ADD_ALL_TESTS(test_mod_exp_x2, 100);
336e0ea3921Schristos     return 1;
337c7da899bSchristos }
338