~ubuntu-branches/debian/squeeze/pycryptopp/squeeze

// nbtheory.h - written and placed in the public domain by Wei Dai

 

#ifndef CRYPTOPP_NBTHEORY_H

#define CRYPTOPP_NBTHEORY_H

 

#include "integer.h"

#include "algparam.h"

 

NAMESPACE_BEGIN(CryptoPP)

 

// obtain pointer to small prime table and get its size

CRYPTOPP_DLL const word16 * CRYPTOPP_API GetPrimeTable(unsigned int &size);

 

// ************ primality testing ****************

 

// generate a provable prime

CRYPTOPP_DLL Integer CRYPTOPP_API MaurerProvablePrime(RandomNumberGenerator &rng, unsigned int bits);

CRYPTOPP_DLL Integer CRYPTOPP_API MihailescuProvablePrime(RandomNumberGenerator &rng, unsigned int bits);

 

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API IsSmallPrime(const Integer &p);

 

// returns true if p is divisible by some prime less than bound

// bound not be greater than the largest entry in the prime table

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API TrialDivision(const Integer &p, unsigned bound);

 

// returns true if p is NOT divisible by small primes

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API SmallDivisorsTest(const Integer &p);

 

// These is no reason to use these two, use the ones below instead

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API IsFermatProbablePrime(const Integer &n, const Integer &b);

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API IsLucasProbablePrime(const Integer &n);

 

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API IsStrongProbablePrime(const Integer &n, const Integer &b);

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API IsStrongLucasProbablePrime(const Integer &n);

 

// Rabin-Miller primality test, i.e. repeating the strong probable prime test 

// for several rounds with random bases

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API RabinMillerTest(RandomNumberGenerator &rng, const Integer &w, unsigned int rounds);

 

// primality test, used to generate primes

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API IsPrime(const Integer &p);

 

// more reliable than IsPrime(), used to verify primes generated by others

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API VerifyPrime(RandomNumberGenerator &rng, const Integer &p, unsigned int level = 1);

 

class CRYPTOPP_DLL PrimeSelector

{

public:

        const PrimeSelector *GetSelectorPointer() const {return this;}

        virtual bool IsAcceptable(const Integer &candidate) const =0;

};

 

// use a fast sieve to find the first probable prime in {x | p<=x<=max and x%mod==equiv}

// returns true iff successful, value of p is undefined if no such prime exists

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API FirstPrime(Integer &p, const Integer &max, const Integer &equiv, const Integer &mod, const PrimeSelector *pSelector);

 

CRYPTOPP_DLL unsigned int CRYPTOPP_API PrimeSearchInterval(const Integer &max);

 

CRYPTOPP_DLL AlgorithmParameters CRYPTOPP_API MakeParametersForTwoPrimesOfEqualSize(unsigned int productBitLength);

 

// ********** other number theoretic functions ************

 

inline Integer GCD(const Integer &a, const Integer &b)

        {return Integer::Gcd(a,b);}

inline bool RelativelyPrime(const Integer &a, const Integer &b)

        {return Integer::Gcd(a,b) == Integer::One();}

inline Integer LCM(const Integer &a, const Integer &b)

        {return a/Integer::Gcd(a,b)*b;}

inline Integer EuclideanMultiplicativeInverse(const Integer &a, const Integer &b)

        {return a.InverseMod(b);}

 

// use Chinese Remainder Theorem to calculate x given x mod p and x mod q, and u = inverse of p mod q

CRYPTOPP_DLL Integer CRYPTOPP_API CRT(const Integer &xp, const Integer &p, const Integer &xq, const Integer &q, const Integer &u);

 

// if b is prime, then Jacobi(a, b) returns 0 if a%b==0, 1 if a is quadratic residue mod b, -1 otherwise

// check a number theory book for what Jacobi symbol means when b is not prime

CRYPTOPP_DLL int CRYPTOPP_API Jacobi(const Integer &a, const Integer &b);

 

// calculates the Lucas function V_e(p, 1) mod n

CRYPTOPP_DLL Integer CRYPTOPP_API Lucas(const Integer &e, const Integer &p, const Integer &n);

// calculates x such that m==Lucas(e, x, p*q), p q primes, u=inverse of p mod q

CRYPTOPP_DLL Integer CRYPTOPP_API InverseLucas(const Integer &e, const Integer &m, const Integer &p, const Integer &q, const Integer &u);

 

inline Integer ModularExponentiation(const Integer &a, const Integer &e, const Integer &m)

        {return a_exp_b_mod_c(a, e, m);}

// returns x such that x*x%p == a, p prime

CRYPTOPP_DLL Integer CRYPTOPP_API ModularSquareRoot(const Integer &a, const Integer &p);

// returns x such that a==ModularExponentiation(x, e, p*q), p q primes,

// and e relatively prime to (p-1)*(q-1)

// dp=d%(p-1), dq=d%(q-1), (d is inverse of e mod (p-1)*(q-1))

// and u=inverse of p mod q

CRYPTOPP_DLL Integer CRYPTOPP_API ModularRoot(const Integer &a, const Integer &dp, const Integer &dq, const Integer &p, const Integer &q, const Integer &u);

 

// find r1 and r2 such that ax^2 + bx + c == 0 (mod p) for x in {r1, r2}, p prime

// returns true if solutions exist

CRYPTOPP_DLL bool CRYPTOPP_API SolveModularQuadraticEquation(Integer &r1, Integer &r2, const Integer &a, const Integer &b, const Integer &c, const Integer &p);

 

// returns log base 2 of estimated number of operations to calculate discrete log or factor a number

CRYPTOPP_DLL unsigned int CRYPTOPP_API DiscreteLogWorkFactor(unsigned int bitlength);

CRYPTOPP_DLL unsigned int CRYPTOPP_API FactoringWorkFactor(unsigned int bitlength);

 

// ********************************************************

 

//! generator of prime numbers of special forms

class CRYPTOPP_DLL PrimeAndGenerator

{

public:

        PrimeAndGenerator() {}

        // generate a random prime p of the form 2*q+delta, where delta is 1 or -1 and q is also prime

        // Precondition: pbits > 5

        // warning: this is slow, because primes of this form are harder to find

        PrimeAndGenerator(signed int delta, RandomNumberGenerator &rng, unsigned int pbits)

                {Generate(delta, rng, pbits, pbits-1);}

        // generate a random prime p of the form 2*r*q+delta, where q is also prime

        // Precondition: qbits > 4 && pbits > qbits

        PrimeAndGenerator(signed int delta, RandomNumberGenerator &rng, unsigned int pbits, unsigned qbits)

                {Generate(delta, rng, pbits, qbits);}

        

        void Generate(signed int delta, RandomNumberGenerator &rng, unsigned int pbits, unsigned qbits);

 

        const Integer& Prime() const {return p;}

        const Integer& SubPrime() const {return q;}

        const Integer& Generator() const {return g;}

 

private:

        Integer p, q, g;

};

 

NAMESPACE_END

 

#endif