]> oss.titaniummirror.com Git - msp430-gcc.git/blobdiff - gmp/mpn/generic/powm.c
Imported gcc-4.4.3
[msp430-gcc.git] / gmp / mpn / generic / powm.c
diff --git a/gmp/mpn/generic/powm.c b/gmp/mpn/generic/powm.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..c057ec2
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,302 @@
+/* mpn_powm -- Compute R = U^E mod M.
+
+Copyright 2007, 2008, 2009 Free Software Foundation, Inc.
+
+This file is part of the GNU MP Library.
+
+The GNU MP Library is free software; you can redistribute it and/or modify
+it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
+the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your
+option) any later version.
+
+The GNU MP Library is distributed in the hope that it will be useful, but
+WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
+or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU Lesser General Public
+License for more details.
+
+You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
+along with the GNU MP Library.  If not, see http://www.gnu.org/licenses/.  */
+
+
+/*
+  BASIC ALGORITHM, Compute b^e mod n, where n is odd.
+
+  1. w <- b
+
+  2. While w^2 < n (and there are more bits in e)
+       w <- power left-to-right base-2 without reduction
+
+  3. t <- (B^n * b) / n                Convert to REDC form
+
+  4. Compute power table of e-dependent size
+
+  5. While there are more bits in e
+       w <- power left-to-right base-k with reduction
+
+
+  TODO:
+
+   * Make getbits a macro, thereby allowing it to update the index operand.
+     That will simplify the code using getbits.  (Perhaps make getbits' sibling
+     getbit then have similar form, for symmetry.)
+
+   * Write an itch function.
+
+   * Choose window size without looping.  (Superoptimize or think(tm).)
+
+   * How do we handle small bases?
+
+   * This is slower than old mpz code, in particular if we base it on redc_1
+     (use: #undef HAVE_NATIVE_mpn_addmul_2).  Why?
+
+   * Make it sub-quadratic.
+
+   * Call new division functions, not mpn_tdiv_qr.
+
+   * Is redc obsolete with improved SB division?
+
+   * Consider special code for one-limb M.
+
+   * CRT for N = odd*2^t:
+      Using Newton's method and 2-adic arithmetic:
+        m1_inv_m2 = 1/odd mod 2^t
+      Plain 2-adic (REDC) modexp:
+        r1 = a ^ b mod odd
+      Mullo+sqrlo-based modexp:
+        r2 = a ^ b mod 2^t
+      mullo, mul, add:
+        r = ((r2 - r1) * m1_i_m2 mod 2^t) * odd + r1
+
+   * How should we handle the redc1/redc2/redc2/redc4/redc_subquad choice?
+     - redc1: T(binvert_1limb)  + e * (n)   * (T(mullo1x1) + n*T(addmul_1))
+     - redc2: T(binvert_2limbs) + e * (n/2) * (T(mullo2x2) + n*T(addmul_2))
+     - redc3: T(binvert_3limbs) + e * (n/3) * (T(mullo3x3) + n*T(addmul_3))
+     This disregards the addmul_N constant term, but we could think of
+     that as part of the respective mulloNxN.
+*/
+
+#include "gmp.h"
+#include "gmp-impl.h"
+#include "longlong.h"
+
+
+#define getbit(p,bi) \
+  ((p[(bi - 1) / GMP_LIMB_BITS] >> (bi - 1) % GMP_LIMB_BITS) & 1)
+
+static inline mp_limb_t
+getbits (const mp_limb_t *p, unsigned long bi, int nbits)
+{
+  int nbits_in_r;
+  mp_limb_t r;
+  mp_size_t i;
+
+  if (bi < nbits)
+    {
+      return p[0] & (((mp_limb_t) 1 << bi) - 1);
+    }
+  else
+    {
+      bi -= nbits;                     /* bit index of low bit to extract */
+      i = bi / GMP_LIMB_BITS;          /* word index of low bit to extract */
+      bi %= GMP_LIMB_BITS;             /* bit index in low word */
+      r = p[i] >> bi;                  /* extract (low) bits */
+      nbits_in_r = GMP_LIMB_BITS - bi; /* number of bits now in r */
+      if (nbits_in_r < nbits)          /* did we get enough bits? */
+       r += p[i + 1] << nbits_in_r;    /* prepend bits from higher word */
+      return r & (((mp_limb_t ) 1 << nbits) - 1);
+    }
+}
+
+#undef HAVE_NATIVE_mpn_addmul_2
+
+#ifndef HAVE_NATIVE_mpn_addmul_2
+#define REDC_2_THRESHOLD               MP_SIZE_T_MAX
+#endif
+
+#ifndef REDC_2_THRESHOLD
+#define REDC_2_THRESHOLD               4
+#endif
+
+static void mpn_redc_n () {ASSERT_ALWAYS(0);}
+
+static inline int
+win_size (unsigned long eb)
+{
+  int k;
+  static unsigned long x[] = {1,7,25,81,241,673,1793,4609,11521,28161,~0ul};
+  for (k = 0; eb > x[k]; k++)
+    ;
+  return k;
+}
+
+#define MPN_REDC_X(rp, tp, mp, n, mip)                                 \
+  do {                                                                 \
+    if (redc_x == 1)                                                   \
+      mpn_redc_1 (rp, tp, mp, n, mip[0]);                              \
+    else if (redc_x == 2)                                              \
+      mpn_redc_2 (rp, tp, mp, n, mip);                                 \
+    else                                                               \
+      mpn_redc_n (rp, tp, mp, n, mip);                                 \
+  } while (0)
+
+  /* Convert U to REDC form, U_r = B^n * U mod M */
+static void
+redcify (mp_ptr rp, mp_srcptr up, mp_size_t un, mp_srcptr mp, mp_size_t n)
+{
+  mp_ptr tp, qp;
+  TMP_DECL;
+  TMP_MARK;
+
+  tp = TMP_ALLOC_LIMBS (un + n);
+  qp = TMP_ALLOC_LIMBS (un + 1);       /* FIXME: Put at tp+? */
+
+  MPN_ZERO (tp, n);
+  MPN_COPY (tp + n, up, un);
+  mpn_tdiv_qr (qp, rp, 0L, tp, un + n, mp, n);
+  TMP_FREE;
+}
+
+/* rp[n-1..0] = bp[bn-1..0] ^ ep[en-1..0] mod mp[n-1..0]
+   Requires that mp[n-1..0] is odd.
+   Requires that ep[en-1..0] is > 1.
+   Uses scratch space tp[3n..0], i.e., 3n+1 words.  */
+void
+mpn_powm (mp_ptr rp, mp_srcptr bp, mp_size_t bn,
+         mp_srcptr ep, mp_size_t en,
+         mp_srcptr mp, mp_size_t n, mp_ptr tp)
+{
+  mp_limb_t mip[2];
+  int cnt;
+  long ebi;
+  int windowsize, this_windowsize;
+  mp_limb_t expbits;
+  mp_ptr pp, this_pp, last_pp;
+  mp_ptr b2p;
+  long i;
+  int redc_x;
+  TMP_DECL;
+
+  ASSERT (en > 1 || (en == 1 && ep[0] > 1));
+  ASSERT (n >= 1 && ((mp[0] & 1) != 0));
+
+  TMP_MARK;
+
+  count_leading_zeros (cnt, ep[en - 1]);
+  ebi = en * GMP_LIMB_BITS - cnt;
+
+#if 0
+  if (bn < n)
+    {
+      /* Do the first few exponent bits without mod reductions,
+        until the result is greater than the mod argument.  */
+      for (;;)
+       {
+         mpn_sqr_n (tp, this_pp, tn);
+         tn = tn * 2 - 1,  tn += tp[tn] != 0;
+         if (getbit (ep, ebi) != 0)
+           mpn_mul (..., tp, tn, bp, bn);
+         ebi--;
+       }
+    }
+#endif
+
+  windowsize = win_size (ebi);
+
+  if (BELOW_THRESHOLD (n, REDC_2_THRESHOLD))
+    {
+      binvert_limb (mip[0], mp[0]);
+      mip[0] = -mip[0];
+      redc_x = 1;
+    }
+#if defined (HAVE_NATIVE_mpn_addmul_2)
+  else
+    {
+      mpn_binvert (mip, mp, 2, tp);
+      mip[0] = -mip[0]; mip[1] = ~mip[1];
+      redc_x = 2;
+    }
+#endif
+#if 0
+  mpn_binvert (mip, mp, n, tp);
+  redc_x = 0;
+#endif
+
+  pp = TMP_ALLOC_LIMBS (n << (windowsize - 1));
+
+  this_pp = pp;
+  redcify (this_pp, bp, bn, mp, n);
+
+  b2p = tp + 2*n;
+
+  /* Store b^2 in b2.  */
+  mpn_sqr_n (tp, this_pp, n);
+  MPN_REDC_X (b2p, tp, mp, n, mip);
+
+  /* Precompute odd powers of b and put them in the temporary area at pp.  */
+  for (i = (1 << (windowsize - 1)) - 1; i > 0; i--)
+    {
+      last_pp = this_pp;
+      this_pp += n;
+      mpn_mul_n (tp, last_pp, b2p, n);
+      MPN_REDC_X (this_pp, tp, mp, n, mip);
+    }
+
+  expbits = getbits (ep, ebi, windowsize);
+  ebi -= windowsize;
+  if (ebi < 0)
+    ebi = 0;
+
+  count_trailing_zeros (cnt, expbits);
+  ebi += cnt;
+  expbits >>= cnt;
+
+  MPN_COPY (rp, pp + n * (expbits >> 1), n);
+
+  while (ebi != 0)
+    {
+      while (getbit (ep, ebi) == 0)
+       {
+         mpn_sqr_n (tp, rp, n);
+         MPN_REDC_X (rp, tp, mp, n, mip);
+         ebi--;
+         if (ebi == 0)
+           goto done;
+       }
+
+      /* The next bit of the exponent is 1.  Now extract the largest block of
+        bits <= windowsize, and such that the least significant bit is 1.  */
+
+      expbits = getbits (ep, ebi, windowsize);
+      ebi -= windowsize;
+      this_windowsize = windowsize;
+      if (ebi < 0)
+       {
+         this_windowsize += ebi;
+         ebi = 0;
+       }
+
+      count_trailing_zeros (cnt, expbits);
+      this_windowsize -= cnt;
+      ebi += cnt;
+      expbits >>= cnt;
+
+      do
+       {
+         mpn_sqr_n (tp, rp, n);
+         MPN_REDC_X (rp, tp, mp, n, mip);
+         this_windowsize--;
+       }
+      while (this_windowsize != 0);
+
+      mpn_mul_n (tp, rp, pp + n * (expbits >> 1), n);
+      MPN_REDC_X (rp, tp, mp, n, mip);
+    }
+
+ done:
+  MPN_COPY (tp, rp, n);
+  MPN_ZERO (tp + n, n);
+  MPN_REDC_X (rp, tp, mp, n, mip);
+  if (mpn_cmp (rp, mp, n) >= 0)
+    mpn_sub_n (rp, rp, mp, n);
+  TMP_FREE;
+}