]> git.cryptolib.org Git - avr-crypto-lib.git/blobdiff - bigint/bigint.c
improving bigint stuff and fixing problems for 32-bit systems
[avr-crypto-lib.git] / bigint / bigint.c
index d2d1fc76b75ff82c36e45c9606b15e65822cde04..c5f799e52936b46f6d2d87db52b48df4edbea2d7 100644 (file)
 #include "bigint.h"
 #include <string.h>
 
-#define DEBUG 0
+#define DEBUG 1
 
 #if DEBUG || 1
 #include "cli.h"
+#include "uart_i.h"
 #include "bigint_io.h"
 #include <stdio.h>
 #endif
 #endif
 
 #ifndef MIN
- #define MIN(a,b) (((a)<(b))?(a):(b))
+ #define MIN(a,b) (((a) < (b)) ? (a) : (b))
 #endif
 
-#define SET_FBS(a, v) do{(a)->info &=~BIGINT_FBS_MASK; (a)->info |= (v);}while(0)
-#define GET_FBS(a)   ((a)->info&BIGINT_FBS_MASK)
+#define SET_FBS(a, v) do {(a)->info &= ~BIGINT_FBS_MASK; (a)->info |= (v);} while(0)
+#define GET_FBS(a)   ((a)->info & BIGINT_FBS_MASK)
 #define SET_NEG(a)   (a)->info |= BIGINT_NEG_MASK
 #define SET_POS(a)   (a)->info &= ~BIGINT_NEG_MASK
-#define XCHG(a,b)    do{(a)^=(b); (b)^=(a); (a)^=(b);}while(0)
+#define XCHG(a,b)    do{(a) ^= (b); (b) ^= (a); (a) ^= (b);} while(0)
 #define XCHG_PTR(a,b)    do{ a = (void*)(((intptr_t)(a)) ^ ((intptr_t)(b))); \
                                 b = (void*)(((intptr_t)(a)) ^ ((intptr_t)(b))); \
-                                a = (void*)(((intptr_t)(a)) ^ ((intptr_t)(b)));}while(0)
+                                a = (void*)(((intptr_t)(a)) ^ ((intptr_t)(b)));} while(0)
 
-#define GET_SIGN(a) ((a)->info&BIGINT_NEG_MASK)
+#define GET_SIGN(a) ((a)->info & BIGINT_NEG_MASK)
 
 /******************************************************************************/
-void bigint_adjust(bigint_ta){
-       while(a->length_W!=0 && a->wordv[a->length_W-1]==0){
+void bigint_adjust(bigint_t *a){
+       while (a->length_W != 0 && a->wordv[a->length_W - 1] == 0) {
                a->length_W--;
        }
-       if(a->length_W==0){
+       if (a->length_W == 0) {
                a->info=0;
                return;
        }
        bigint_word_t t;
-       uint8_t i = BIGINT_WORD_SIZE-1;
-       t = a->wordv[a->length_W-1];
-       while((t&(1L<<(BIGINT_WORD_SIZE-1)))==0 && i){
-               t<<=1;
+       uint8_t i = BIGINT_WORD_SIZE - 1;
+       t = a->wordv[a->length_W - 1];
+       while ((t & (((bigint_word_t)1) << (BIGINT_WORD_SIZE - 1))) == 0 && i) {
+               t <<= 1;
                i--;
        }
        SET_FBS(a, i);
@@ -81,7 +82,7 @@ void bigint_adjust(bigint_t* a){
 
 /******************************************************************************/
 
-uint16_t bigint_length_b(const bigint_t* a){
+bigint_length_t bigint_length_b(const bigint_t *a){
        if(!a->length_W || a->length_W==0){
                return 0;
        }
@@ -90,23 +91,23 @@ uint16_t bigint_length_b(const bigint_t* a){
 
 /******************************************************************************/
 
-uint16_t bigint_length_B(const bigint_t* a){
+bigint_length_t bigint_length_B(const bigint_t *a){
        return a->length_W * sizeof(bigint_word_t);
 }
 
 /******************************************************************************/
 
-uint32_t bigint_get_first_set_bit(const bigint_ta){
-       if(a->length_W==0){
+uint32_t bigint_get_first_set_bit(const bigint_t *a){
+       if(a->length_W == 0) {
                return (uint32_t)(-1);
        }
-       return (a->length_W-1)*sizeof(bigint_word_t)*8+GET_FBS(a);
+       return (a->length_W-1) * sizeof(bigint_word_t) * CHAR_BIT + GET_FBS(a);
 }
 
 
 /******************************************************************************/
 
-uint32_t bigint_get_last_set_bit(const bigint_ta){
+uint32_t bigint_get_last_set_bit(const bigint_t *a){
        uint32_t r=0;
        uint8_t b=0;
        bigint_word_t x=1;
@@ -128,7 +129,7 @@ uint32_t bigint_get_last_set_bit(const bigint_t* a){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_copy(bigint_t* dest, const bigint_t* src){
+void bigint_copy(bigint_t *dest, const bigint_t *src){
     if(dest->wordv != src->wordv){
            memcpy(dest->wordv, src->wordv, src->length_W * sizeof(bigint_word_t));
     }
@@ -139,20 +140,19 @@ void bigint_copy(bigint_t* dest, const bigint_t* src){
 /******************************************************************************/
 
 /* this should be implemented in assembly */
-void bigint_add_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
-       uint16_t i;
+void bigint_add_u(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *b){
+       bigint_length_t i;
        bigint_wordplus_t t = 0LL;
-       if(a->length_W < b->length_W){
-               XCHG_PTR(a,b);
+       if (a->length_W < b->length_W) {
+               XCHG_PTR(a, b);
        }
-       for(i = 0; i < b->length_W; ++i){
-//             t = (bigint_wordplus_t)(a->wordv[i]) + (bigint_wordplus_t)(b->wordv[i]) + t;
+       for(i = 0; i < b->length_W; ++i) {
                t += a->wordv[i];
                t += b->wordv[i];
                dest->wordv[i] = (bigint_word_t)t;
                t >>= BIGINT_WORD_SIZE;
        }
-       for(; i<a->length_W; ++i){
+       for(; i < a->length_W; ++i){
                t += a->wordv[i];
                dest->wordv[i] = (bigint_word_t)t;
                t >>= BIGINT_WORD_SIZE;
@@ -161,13 +161,14 @@ void bigint_add_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
                dest->wordv[i++] = (bigint_word_t)t;
        }
        dest->length_W = i;
+       SET_POS(dest);
        bigint_adjust(dest);
 }
 
 /******************************************************************************/
 
 /* this should be implemented in assembly */
-void bigint_add_scale_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, uint16_t scale){
+void bigint_add_scale_u(bigint_t *dest, const bigint_t *a, bigint_length_t scale){
        if(a->length_W == 0){
                return;
        }
@@ -192,7 +193,7 @@ void bigint_add_scale_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, uint16_t scale){
        bigint_adjust(dest);
 #else
        bigint_t s;
-       uint16_t word_shift = scale / sizeof(bigint_word_t), byte_shift = scale % sizeof(bigint_word_t);
+       bigint_length_t word_shift = scale / sizeof(bigint_word_t), byte_shift = scale % sizeof(bigint_word_t);
        bigint_word_t bv[a->length_W + 1];
        s.wordv = bv;
        bv[0] = bv[a->length_W] = 0;
@@ -218,11 +219,11 @@ void bigint_add_scale_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, uint16_t scale){
 /******************************************************************************/
 
 /* this should be implemented in assembly */
-void bigint_sub_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
-       int8_t borrow=0;
+void bigint_sub_u(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *b){
+       int8_t borrow = 0;
        int8_t  r;
-       bigint_wordplus_signed_t t=0LL;
-       uint16_t i;
+       bigint_wordplus_signed_t t = 0;
+       bigint_length_t i;
        if(b->length_W == 0){
                bigint_copy(dest, a);
                SET_POS(dest);
@@ -249,12 +250,8 @@ void bigint_sub_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
                        t -= b->wordv[i];
                }
                t -= borrow;
-               dest->wordv[i]=(bigint_word_t)t;
-               if(t<0){
-                       borrow = 1;
-               }else{
-                       borrow = 0;
-               }
+               dest->wordv[i] = (bigint_word_t)t;
+               borrow = t < 0 ? 1 : 0;
        }
        SET_POS(dest);
        dest->length_W = i;
@@ -263,18 +260,18 @@ void bigint_sub_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
 
 /******************************************************************************/
 
-int8_t bigint_cmp_u(const bigint_t* a, const bigint_t* b){
+int8_t bigint_cmp_u(const bigint_t *a, const bigint_t *b){
        if(a->length_W > b->length_W){
                return 1;
        }
        if(a->length_W < b->length_W){
                return -1;
        }
-       if(a->length_W==0){
+       if(a->length_W == 0){
                return 0;
        }
-       uint16_t i;
-       i = a->length_W-1;
+       bigint_length_t i;
+       i = a->length_W - 1;
        do{
                if(a->wordv[i] != b->wordv[i]){
                        if(a->wordv[i] > b->wordv[i]){
@@ -289,7 +286,7 @@ int8_t bigint_cmp_u(const bigint_t* a, const bigint_t* b){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_add_s(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
+void bigint_add_s(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *b){
        uint8_t s;
        s  = GET_SIGN(a)?2:0;
        s |= GET_SIGN(b)?1:0;
@@ -315,7 +312,7 @@ void bigint_add_s(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_sub_s(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
+void bigint_sub_s(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *b){
        uint8_t s;
        s  = GET_SIGN(a)?2:0;
        s |= GET_SIGN(b)?1:0;
@@ -342,7 +339,7 @@ void bigint_sub_s(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
 
 /******************************************************************************/
 
-int8_t bigint_cmp_s(const bigint_t* a, const bigint_t* b){
+int8_t bigint_cmp_s(const bigint_t *a, const bigint_t *b){
        uint8_t s;
        if(a->length_W==0 && b->length_W==0){
                return 0;
@@ -370,68 +367,68 @@ int8_t bigint_cmp_s(const bigint_t* a, const bigint_t* b){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_shiftleft(bigint_t* a, uint16_t shift){
-       uint16_t byteshift, words_to_shift;
+void bigint_shiftleft(bigint_t *a, bigint_length_t shift){
+       bigint_length_t byteshift, words_to_shift;
        int16_t i;
        uint8_t bitshift;
        bigint_word_t *p;
        bigint_wordplus_t t = 0;
-       if(shift == 0){
+
+       if (shift == 0) {
                return;
        }
        byteshift = shift / 8;
        bitshift = shift & 7;
-
-       if(byteshift){
+    if (byteshift % sizeof(bigint_word_t)) {
+        a->wordv[a->length_W + byteshift / sizeof(bigint_t)] = 0;
+    }
+       if (byteshift) {
                memmove(((uint8_t*)a->wordv) + byteshift, a->wordv, a->length_W * sizeof(bigint_word_t));
                memset(a->wordv, 0, byteshift);
        }
-       if(bitshift == 0){
+       if (bitshift == 0) {
            a->length_W += (byteshift + sizeof(bigint_word_t) - 1) / sizeof(bigint_word_t);
            bigint_adjust(a);
            return;
        }
-       p = a->wordv + byteshift / sizeof(bigint_word_t);
-       words_to_shift = a->length_W + (byteshift % sizeof(bigint_word_t)?1:0);
-    for(i=0; i < words_to_shift; ++i){
+       p = &a->wordv[byteshift / sizeof(bigint_word_t)];
+       words_to_shift = a->length_W + (byteshift % sizeof(bigint_word_t) ? 1 : 0);
+    for (i = 0; i < words_to_shift; ++i) {
         t |= ((bigint_wordplus_t)p[i]) << bitshift;
         p[i] = (bigint_word_t)t;
         t >>= BIGINT_WORD_SIZE;
     }
-    if(t){
+    if (t) {
         p[i] = (bigint_word_t)t;
         a->length_W += 1;
     }
     a->length_W += (byteshift + sizeof(bigint_word_t) - 1) / sizeof(bigint_word_t);
-       bigint_adjust(a);
+    bigint_adjust(a);
 }
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_shiftright(bigint_t* a, uint16_t shift){
-       uint16_t byteshift;
-       uint16_t i;
+void bigint_shiftright(bigint_t *a, bigint_length_t shift){
+       bigint_length_t byteshift;
+       bigint_length_t i;
        uint8_t bitshift;
        bigint_wordplus_t t = 0;
        byteshift = shift / 8;
        bitshift = shift & 7;
 
-       if(byteshift >= a->length_W * sizeof(bigint_word_t)){ /* we would shift out more than we have */
-               bigint_set_zero(a);
-               return;
-       }
-       if(byteshift == a->length_W * sizeof(bigint_word_t) - 1 && bitshift > GET_FBS(a)){
+       if(bigint_get_first_set_bit(a) < shift){ /* we would shift out more than we have */
                bigint_set_zero(a);
                return;
        }
 
        if(byteshift){
                memmove(a->wordv, (uint8_t*)a->wordv + byteshift, a->length_W * sizeof(bigint_word_t) - byteshift);
+               memset((uint8_t*)&a->wordv[a->length_W] - byteshift, 0, byteshift);
        }
 
-    byteshift /= sizeof(bigint_word_t); /* byteshift is now wordshift */
-    a->length_W -= byteshift;
-       if(bitshift != 0 && a->length_W){
+    a->length_W -= byteshift / sizeof(bigint_word_t);
+
+    if(bitshift != 0 && a->length_W){
         /* shift to the right */
                i = a->length_W - 1;
                do{
@@ -445,8 +442,8 @@ void bigint_shiftright(bigint_t* a, uint16_t shift){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_xor(bigint_t* dest, const bigint_t* a){
-       uint16_t i;
+void bigint_xor(bigint_t *dest, const bigint_t *a){
+       bigint_length_t i;
        for(i=0; i<a->length_W; ++i){
                dest->wordv[i] ^= a->wordv[i];
        }
@@ -455,7 +452,7 @@ void bigint_xor(bigint_t* dest, const bigint_t* a){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_set_zero(bigint_ta){
+void bigint_set_zero(bigint_t *a){
        a->length_W=0;
 }
 
@@ -463,7 +460,7 @@ void bigint_set_zero(bigint_t* a){
 
 /* using the Karatsuba-Algorithm */
 /* x*y = (xh*yh)*b**2n + ((xh+xl)*(yh+yl) - xh*yh - xl*yl)*b**n + yh*yl */
-void bigint_mul_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
+void bigint_mul_u(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *b){
        if(a->length_W == 0 || b->length_W == 0){
                bigint_set_zero(dest);
                return;
@@ -481,7 +478,7 @@ void bigint_mul_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
                        XCHG_PTR(a,b);
                }
                bigint_wordplus_t t = 0;
-               uint16_t i;
+               bigint_length_t i;
                bigint_word_t x = a->wordv[0];
                for(i=0; i < b->length_W; ++i){
                        t += ((bigint_wordplus_t)b->wordv[i]) * ((bigint_wordplus_t)x);
@@ -508,7 +505,7 @@ void bigint_mul_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
                return;
        }
        /* split a in xh & xl; split b in yh & yl */
-       const uint16_t n = (MAX(a->length_W, b->length_W)+1)/2;
+       const bigint_length_t n = (MAX(a->length_W, b->length_W)+1)/2;
        bigint_t xl, xh, yl, yh;
        xl.wordv = a->wordv;
        yl.wordv = b->wordv;
@@ -564,7 +561,7 @@ void bigint_mul_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_mul_s(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
+void bigint_mul_s(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *b){
        uint8_t s;
        s  = GET_SIGN(a)?2:0;
        s |= GET_SIGN(b)?1:0;
@@ -591,7 +588,7 @@ void bigint_mul_s(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* b){
 }
 
 /******************************************************************************/
-
+#if OLD_SQUARE
 
 #if DEBUG_SQUARE
 unsigned square_depth = 0;
@@ -599,8 +596,8 @@ unsigned square_depth = 0;
 
 /* square */
 /* (xh*b^n+xl)^2 = xh^2*b^2n + 2*xh*xl*b^n + xl^2 */
-void bigint_square(bigint_t* dest, const bigint_t* a){
-       if(a->length_W * sizeof(bigint_word_t) <= 4){
+void bigint_square(bigint_t *dest, const bigint_t *a){
+    if(a->length_W * sizeof(bigint_word_t) <= 4){
                uint64_t r = 0;
                memcpy(&r, a->wordv, a->length_W * sizeof(bigint_word_t));
                r = r * r;
@@ -610,6 +607,7 @@ void bigint_square(bigint_t* dest, const bigint_t* a){
                bigint_adjust(dest);
                return;
        }
+
        if(dest->wordv == a->wordv){
                bigint_t d;
                bigint_word_t d_b[a->length_W*2];
@@ -618,12 +616,13 @@ void bigint_square(bigint_t* dest, const bigint_t* a){
                bigint_copy(dest, &d);
                return;
        }
-
+       bigint_fast_square(dest, a);
+       return;
 #if DEBUG_SQUARE
        square_depth += 1;
 #endif
 
-       uint16_t n;
+       bigint_length_t n;
        n=(a->length_W+1)/2;
        bigint_t xh, xl, tmp; /* x-high, x-low, temp */
        bigint_word_t buffer[2*n+1];
@@ -682,13 +681,75 @@ void bigint_square(bigint_t* dest, const bigint_t* a){
 #endif
 }
 
+#endif
+
 /******************************************************************************/
-void bigint_sub_u_bitscale(bigint_t* a, const bigint_t* b, uint16_t bitscale){
+
+void bigint_square(bigint_t *dest, const bigint_t *a) {
+    union __attribute__((packed)) {
+        bigint_word_t u[2];
+        bigint_wordplus_t uv;
+    } acc;
+    bigint_word_t q, c1, c2;
+    bigint_length_t i, j;
+
+    if(a->length_W * sizeof(bigint_word_t) <= 4){
+        uint64_t r = 0;
+        memcpy(&r, a->wordv, a->length_W * sizeof(bigint_word_t));
+        r = r * r;
+        memcpy(dest->wordv, &r, 2 * a->length_W * sizeof(bigint_word_t));
+        SET_POS(dest);
+        dest->length_W = 2 * a->length_W;
+        bigint_adjust(dest);
+        return;
+    }
+
+    if(dest->wordv == a->wordv){
+        bigint_t d;
+        bigint_word_t d_b[a->length_W * 2];
+        d.wordv = d_b;
+        bigint_square(&d, a);
+        bigint_copy(dest, &d);
+        return;
+    }
+
+    memset(dest->wordv, 0, a->length_W * 2 * sizeof(bigint_word_t));
+
+    for (i = 0; i < a->length_W; ++i) {
+        acc.uv = (bigint_wordplus_t)a->wordv[i] * (bigint_wordplus_t)a->wordv[i] + (bigint_wordplus_t)dest->wordv[2 * i];
+        dest->wordv[2 * i] = acc.u[0];
+        c1 = acc.u[1];
+        c2 = 0;
+        for (j = i + 1; j < a->length_W; ++j) {
+            acc.uv = (bigint_wordplus_t)a->wordv[i] * (bigint_wordplus_t)a->wordv[j];
+            q = acc.u[1] >> (BIGINT_WORD_SIZE - 1);
+            acc.uv <<= 1;
+            acc.uv += dest->wordv[i + j];
+            q += (acc.uv < dest->wordv[i + j]);
+            acc.uv += c1;
+            q += (acc.uv < c1);
+            dest->wordv[i + j] = acc.u[0];
+            c1 = (bigint_wordplus_t)acc.u[1] + c2;
+            c2 = q + (c1 < c2);
+        }
+        dest->wordv[i + a->length_W] += c1;
+        if (i < a->length_W - 1) {
+            dest->wordv[i + a->length_W + 1] = c2 + (dest->wordv[i + a->length_W] < c1);
+        }
+    }
+    dest->info = 0;
+    dest->length_W = 2 * a->length_W;
+    bigint_adjust(dest);
+}
+
+/******************************************************************************/
+
+void bigint_sub_u_bitscale(bigint_t *a, const bigint_t *b, bigint_length_t bitscale){
        bigint_t tmp, x;
        bigint_word_t tmp_b[b->length_W + 1];
-       const uint16_t word_shift = bitscale / BIGINT_WORD_SIZE;
+       const bigint_length_t word_shift = bitscale / BIGINT_WORD_SIZE;
 
-       if(a->length_W < b->length_W + word_shift){
+       if (a->length_W < b->length_W + word_shift) {
 #if DEBUG
                cli_putstr("\r\nDBG: *bang*\r\n");
 #endif
@@ -710,104 +771,79 @@ void bigint_sub_u_bitscale(bigint_t* a, const bigint_t* b, uint16_t bitscale){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_reduce(bigint_t* a, const bigint_t* r){
-//     bigint_adjust((bigint_t*)r);
+void bigint_reduce(bigint_t *a, const bigint_t *r){
        uint8_t rfbs = GET_FBS(r);
-#if DEBUG
-       cli_putstr("\r\nDBG: (a) = "); bigint_print_hex(a);
-#endif
-       if(r->length_W==0 || a->length_W==0){
-               return;
-       }
-       if((r->length_W*sizeof(bigint_word_t)<=4) && (a->length_W*sizeof(bigint_word_t)<=4)){
-               uint32_t p=0, q=0;
-               memcpy(&p, a->wordv, a->length_W*sizeof(bigint_word_t));
-               memcpy(&q, r->wordv, r->length_W*sizeof(bigint_word_t));
-               p %= q;
-               memcpy(a->wordv, &p, a->length_W*sizeof(bigint_word_t));
-               bigint_adjust(a);
-//             cli_putstr("\r\nDBG: (0) = "); bigint_print_hex(a);
+       if (r->length_W == 0 || a->length_W == 0) {
                return;
        }
-       uint16_t shift;
-       while(a->length_W > r->length_W){
-               shift = (a->length_W - r->length_W) * 8 * sizeof(bigint_word_t) + GET_FBS(a) - rfbs - 1;
-               /*
-               if((a->wordv[a->length_W-1] & ((1LL<<GET_FBS(a)) - 1)) > r->wordv[r->length_W-1]){
-                       // cli_putc('~');
-                       cli_putstr("\r\n ~ [a] = ");
-                       cli_hexdump_rev(&a->wordv[a->length_W-1], 4);
-                       cli_putstr("  [r] = ");
-                       cli_hexdump_rev(&r->wordv[r->length_W-1], 4);
-                       shift += 1;
-               }
-               */
-//             cli_putstr("\r\nDBG: (p) shift = "); cli_hexdump_rev(&shift, 2);
-//             cli_putstr(" a_len = "); cli_hexdump_rev(&a->length_W, 2);
-//             cli_putstr(" r_len = "); cli_hexdump_rev(&r->length_W, 2);
-//             uart_flush(0);
-               bigint_sub_u_bitscale(a, r, shift);
-//             cli_putstr("\r\nDBG: (1) = "); bigint_print_hex(a);
-       }
-       while((GET_FBS(a) > rfbs) && (a->length_W == r->length_W)){
-               shift = GET_FBS(a)-rfbs-1;
-//             cli_putstr("\r\nDBG: (q) shift = "); cli_hexdump_rev(&shift, 2);
-               bigint_sub_u_bitscale(a, r, shift);
-//             cli_putstr("\r\nDBG: (2) = "); bigint_print_hex(a);
+
+       if (bigint_length_b(a) + 3 > bigint_length_b(r)) {
+        if ((r->length_W * sizeof(bigint_word_t) <= 4) && (a->length_W * sizeof(bigint_word_t) <= 4)) {
+            uint32_t p = 0, q = 0;
+            memcpy(&p, a->wordv, a->length_W * sizeof(bigint_word_t));
+            memcpy(&q, r->wordv, r->length_W * sizeof(bigint_word_t));
+            p %= q;
+            memcpy(a->wordv, &p, a->length_W * sizeof(bigint_word_t));
+            a->length_W = r->length_W;
+            bigint_adjust(a);
+            return;
+        }
+        unsigned shift;
+        while (a->length_W > r->length_W) {
+            shift = (a->length_W - r->length_W) * CHAR_BIT * sizeof(bigint_word_t) + GET_FBS(a) - rfbs - 1;
+            bigint_sub_u_bitscale(a, r, shift);
+        }
+        while ((GET_FBS(a) > rfbs) && (a->length_W == r->length_W)) {
+            shift = GET_FBS(a) - rfbs - 1;
+            bigint_sub_u_bitscale(a, r, shift);
+        }
        }
-       while(bigint_cmp_u(a,r)>=0){
-               bigint_sub_u(a,a,r);
-//             cli_putstr("\r\nDBG: (3) = "); bigint_print_hex(a);
+       while (bigint_cmp_u(a, r) >= 0) {
+               bigint_sub_u(a, a, r);
        }
        bigint_adjust(a);
-//     cli_putstr("\r\nDBG: (a) = "); bigint_print_hex(a);
-//     cli_putstr("\r\n");
 }
 
 /******************************************************************************/
 
 /* calculate dest = a**exp % r */
 /* using square&multiply */
-void bigint_expmod_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* exp, const bigint_t* r){
-       if(a->length_W==0 || r->length_W==0){
+void bigint_expmod_u_sam(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *exp, const bigint_t *r){
+       if(a->length_W == 0){
+           bigint_set_zero(dest);
                return;
        }
 
        bigint_t res, base;
-       bigint_word_t t, base_b[MAX(a->length_W,r->length_W)], res_b[r->length_W*2];
-       uint16_t i;
+       bigint_word_t t, base_w[MAX(a->length_W, r->length_W)], res_w[r->length_W * 2];
+       bigint_length_t i;
        uint8_t j;
-//     uint16_t *xaddr = &i;
-//     cli_putstr("\r\npre-alloc (");
-//     cli_hexdump_rev(&xaddr, 4);
-//     cli_putstr(") ...");
-       res.wordv = res_b;
-       base.wordv = base_b;
+       res.wordv = res_w;
+       base.wordv = base_w;
        bigint_copy(&base, a);
-//     cli_putstr("\r\npost-copy");
        bigint_reduce(&base, r);
-       res.wordv[0]=1;
-       res.length_W=1;
+       res.wordv[0] = 1;
+       res.length_W = 1;
        res.info = 0;
        bigint_adjust(&res);
        if(exp->length_W == 0){
                bigint_copy(dest, &res);
                return;
        }
+       bigint_copy(&res, &base);
        uint8_t flag = 0;
-       t=exp->wordv[exp->length_W - 1];
-       for(i=exp->length_W; i > 0; --i){
+       t = exp->wordv[exp->length_W - 1];
+       for (i = exp->length_W; i > 0; --i) {
                t = exp->wordv[i - 1];
-               for(j=BIGINT_WORD_SIZE; j > 0; --j){
-                       if(!flag){
-                               if(t & (1<<(BIGINT_WORD_SIZE-1))){
+               for (j = BIGINT_WORD_SIZE; j > 0; --j) {
+                       if (!flag) {
+                               if (t & (((bigint_word_t)1) << (BIGINT_WORD_SIZE - 1))) {
                                        flag = 1;
                                }
-                       }
-                       if(flag){
+                       } else {
                                bigint_square(&res, &res);
                                bigint_reduce(&res, r);
-                               if(t & (1 << (BIGINT_WORD_SIZE - 1))){
+                               if(t & (((bigint_word_t)1) << (BIGINT_WORD_SIZE - 1))){
                                        bigint_mul_u(&res, &res, &base);
                                        bigint_reduce(&res, r);
                                }
@@ -816,30 +852,15 @@ void bigint_expmod_u(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* exp, con
                }
        }
 
-//     cli_putc('+');
        SET_POS(&res);
        bigint_copy(dest, &res);
 }
 
 /******************************************************************************/
-#if 1
-#define cli_putstr(a)
-#define cli_putstr_P(a)
-#define bigint_print_hex(a)
-#define cli_hexdump_rev(a,b)
-#define uart_flush(a)
-#define printf_P(...)
-#endif
 /* gcd <-- gcd(x,y) a*x+b*y=gcd */
-void bigint_gcdext(bigint_t* gcd, bigint_t* a, bigint_t* b, const bigint_t* x, const bigint_t* y){
-        uint16_t i = 0;
-        printf_P(PSTR("\nDBG: gcdext( "));
-        bigint_print_hex(x);
-     printf_P(PSTR(", "));
-     bigint_print_hex(y);
-     printf_P(PSTR(")\n"));
+void bigint_gcdext(bigint_t *gcd, bigint_t *a, bigint_t *b, const bigint_t *x, const bigint_t *y){
+        bigint_length_t i = 0;
         if(x->length_W == 0 || y->length_W == 0){
-            printf_P(PSTR("\nDBG: got zero in gcd <%s %s %d>\n"), __FILE__, __func__, __LINE__);
             if(gcd){
                 bigint_set_zero(gcd);
             }
@@ -936,14 +957,8 @@ void bigint_gcdext(bigint_t* gcd, bigint_t* a, bigint_t* b, const bigint_t* x, c
         d_.info = 0;
         bigint_set_zero(&b_);
         bigint_set_zero(&c_);
-     printf_P(PSTR("\nloop: x_ = "));
-     bigint_print_hex(&x_);
-     printf_P(PSTR("; y_ = "));
-     bigint_print_hex(&y_);
-        do{
-                printf_P(PSTR("\nDBG (gcdext) 0"));
-                while((u.wordv[0] & 1) == 0){
-                        printf_P(PSTR("\nDBG (gcdext) 0.1"));
+        do {
+                while ((u.wordv[0] & 1) == 0) {
                         bigint_shiftright(&u, 1);
                         if((a_.wordv[0] & 1) || (b_.wordv[0] & 1)){
                                 bigint_add_s(&a_, &a_, &y_);
@@ -951,47 +966,26 @@ void bigint_gcdext(bigint_t* gcd, bigint_t* a, bigint_t* b, const bigint_t* x, c
                         }
                         bigint_shiftright(&a_, 1);
                         bigint_shiftright(&b_, 1);
-                        printf_P(PSTR(" a_ = "));
-                        bigint_print_hex(&a_);
-                        printf_P(PSTR("; b_ = "));
-                        bigint_print_hex(&b_);
                 }
-                while((v.wordv[0] & 1) == 0){
-                        printf_P(PSTR("\nDBG (gcdext) 0.2"));
-                        bigint_shiftright(&v, 1);
+                while ((v.wordv[0] & 1) == 0) {
+                    bigint_shiftright(&v, 1);
                         if((c_.wordv[0] & 1) || (d_.wordv[0] & 1)){
                                 bigint_add_s(&c_, &c_, &y_);
                                 bigint_sub_s(&d_, &d_, &x_);
                         }
-             printf_P(PSTR(" c* = "));
-             bigint_print_hex(&c_);
                         bigint_shiftright(&c_, 1);
                         bigint_shiftright(&d_, 1);
-             printf_P(PSTR(" c_ = "));
-             bigint_print_hex(&c_);
-             printf_P(PSTR("; d_ = "));
-             bigint_print_hex(&d_);
                 }
                 if(bigint_cmp_u(&u, &v) >= 0){
-             printf_P(PSTR("\nDBG (gcdext) 0.3"));
                        bigint_sub_u(&u, &u, &v);
                        bigint_sub_s(&a_, &a_, &c_);
                        bigint_sub_s(&b_, &b_, &d_);
-            printf_P(PSTR(" a_ = "));
-            bigint_print_hex(&a_);
-            printf_P(PSTR("; b_ = "));
-            bigint_print_hex(&b_);
                 }else{
-             printf_P(PSTR("\nDBG (gcdext) 0.4"));
                        bigint_sub_u(&v, &v, &u);
                        bigint_sub_s(&c_, &c_, &a_);
                        bigint_sub_s(&d_, &d_, &b_);
-            printf_P(PSTR(" c_ = "));
-            bigint_print_hex(&c_);
-            printf_P(PSTR("; d_ = "));
-            bigint_print_hex(&d_);
                 }
-        }while(u.length_W);
+        } while(u.length_W);
         if(gcd){
                 bigint_mul_s(gcd, &v, &g);
         }
@@ -1005,7 +999,7 @@ void bigint_gcdext(bigint_t* gcd, bigint_t* a, bigint_t* b, const bigint_t* x, c
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_inverse(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* m){
+void bigint_inverse(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *m){
        bigint_gcdext(NULL, dest, NULL, a, m);
        while(dest->info&BIGINT_NEG_MASK){
                bigint_add_s(dest, dest, m);
@@ -1014,7 +1008,7 @@ void bigint_inverse(bigint_t* dest, const bigint_t* a, const bigint_t* m){
 
 /******************************************************************************/
 
-void bigint_changeendianess(bigint_ta){
+void bigint_changeendianess(bigint_t *a){
        uint8_t t, *p, *q;
        p = (uint8_t*)(a->wordv);
        q = p + a->length_W * sizeof(bigint_word_t) - 1;
@@ -1028,12 +1022,264 @@ void bigint_changeendianess(bigint_t* a){
 
 /******************************************************************************/
 
+void bigint_mul_word_u(bigint_t *a, bigint_word_t b){
+    bigint_wordplus_t c0 = 0, c1 = 0;
+    bigint_length_t i;
 
+    if(b == 0){
+        bigint_set_zero(a);
+        return;
+    }
 
+    for(i = 0; i < a->length_W; ++i){
+        c1 = ((bigint_wordplus_t)(a->wordv[i])) * ((bigint_wordplus_t)b);
+        c1 += c0;
+        a->wordv[i] = (bigint_word_t)c1;
+        c0 = c1 >> BIGINT_WORD_SIZE;
+    }
+    if(c0){
+        a->wordv[a->length_W] = (bigint_word_t)c0;
+        a->length_W += 1;
+    }
+    bigint_adjust(a);
+}
 
+/******************************************************************************/
+#if 1
 
+void bigint_clip(bigint_t *dest, bigint_length_t length_W){
+    if(dest->length_W > length_W){
+        dest->length_W = length_W;
+    }
+    bigint_adjust(dest);
+}
+/******************************************************************************/
 
+/*
+ * m_ = m * m'[0]
+ * dest = (a * b) % m (?)
+ */
+
+void bigint_mont_mul(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *b, const bigint_t *m, const bigint_t *m_){
+    const bigint_length_t s = MAX(MAX(a->length_W, b->length_W), m->length_W);
+    bigint_t u, t;
+    bigint_word_t u_w[s + 2], t_w[s + 2];
+    bigint_length_t i;
 
+    if (a->length_W == 0 || b->length_W == 0) {
+        bigint_set_zero(dest);
+        return;
+    }
+    u.wordv = u_w;
+    u.info = 0;
+    u.length_W = 0;
+    t.wordv = t_w;
+    for (i = 0; i < a->length_W; ++i) {
+        bigint_copy(&t, b);
+        bigint_mul_word_u(&t, a->wordv[i]);
+        bigint_add_u(&u, &u, &t);
+        bigint_copy(&t, m_);
+        if (u.length_W != 0) {
+            bigint_mul_word_u(&t, u.wordv[0]);
+            bigint_add_u(&u, &u, &t);
+        }
+        bigint_shiftright(&u, BIGINT_WORD_SIZE);
+    }
+    for (; i < s; ++i) {
+        bigint_copy(&t, m_);
+        if (u.length_W != 0) {
+            bigint_mul_word_u(&t, u.wordv[0]);
+            bigint_add_u(&u, &u, &t);
+        }
+        bigint_shiftright(&u, BIGINT_WORD_SIZE);
+    }
+    bigint_reduce(&u, m);
+    bigint_copy(dest, &u);
+}
+
+/******************************************************************************/
+
+void bigint_mont_red(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *m, const bigint_t *m_){
+    bigint_t u, t;
+    bigint_length_t i, s = MAX(a->length_W, m->length_W);
+    bigint_word_t u_w[s + 2], t_w[s + 2];
+
+    t.wordv = t_w;
+    u.wordv = u_w;
+    if (a->length_W == 0) {
+        bigint_set_zero(dest);
+        return;
+    }
+    bigint_copy(&u, a);
+    for (i = 0; i < m->length_W; ++i) {
+        bigint_copy(&t, m_);
+        if (u.length_W != 0) {
+            bigint_mul_word_u(&t, u.wordv[0]);
+            bigint_add_u(&u, &u, &t);
+        }
+        bigint_shiftright(&u, BIGINT_WORD_SIZE);
+    }
+    bigint_reduce(&u, m);
+    bigint_copy(dest, &u);
+}
+
+/******************************************************************************/
+/*
+ * m_ = m * (- m0^-1 (mod 2^W))
+ */
+void bigint_mont_gen_m_(bigint_t* dest, const bigint_t* m){
+    bigint_word_t x_w[2], m_w_0[1];
+    bigint_t x, m_0;
+#if 0
+    printf("\nm = ");
+    bigint_print_hex(m);
+    uart0_flush();
+#endif
+    if (m->length_W == 0) {
+        bigint_set_zero(dest);
+        return;
+    }
+    if ((m->wordv[0] & 1) == 0) {
+        printf_P(PSTR("ERROR: m must not be even, m = "));
+        bigint_print_hex(m);
+        putchar('\n');
+        uart0_flush();
+        return;
+    }
+    x.wordv = x_w;
+    x.info = 0;
+    x.length_W = 2;
+    x_w[0] = 0;
+    x_w[1] = 1;
+    m_0.wordv = m_w_0;
+    m_0.info = 0;
+    m_0.length_W = 1;
+    m_0.wordv[0] = m->wordv[0];
+    bigint_adjust(&x);
+    bigint_adjust(&m_0);
+#if 0
+    printf("\nm0 = ");
+    bigint_print_hex(&m_0);
+    printf("\nx = ");
+    bigint_print_hex(&x);
+    uart0_flush();
+#endif
+    bigint_inverse(dest, &m_0, &x);
+#if 0
+    printf("\nm0^-1 = ");
+    bigint_print_hex(dest);
+    uart0_flush();
+#endif
+    bigint_sub_s(&x, &x, dest);
+#if 0
+    printf("\n-m0^-1 = ");
+    bigint_print_hex(&x);
+    uart0_flush();
+#endif
+    bigint_copy(dest, m);
+    bigint_mul_word_u(dest, x.wordv[0]);
+}
+
+/******************************************************************************/
+
+/*
+ * dest = a * R mod m
+ */
+void bigint_mont_trans(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *m){
+    bigint_t t;
+    bigint_word_t t_w[a->length_W + m->length_W];
+
+    t.wordv = t_w;
+    memset(t_w, 0, m->length_W * sizeof(bigint_word_t));
+    memcpy(&t_w[m->length_W], a->wordv, a->length_W * sizeof(bigint_word_t));
+    t.info = a->info;
+    t.length_W = a->length_W + m->length_W;
+    bigint_reduce(&t, m);
+    bigint_copy(dest, &t);
+}
+
+/******************************************************************************/
+
+/* calculate dest = a**exp % r */
+/* using square&multiply */
+void bigint_expmod_u_mont_accel(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *exp, const bigint_t *r, const bigint_t *m_){
+    if(r->length_W == 0) {
+        return;
+    }
+
+    bigint_length_t s = r->length_W;
+    bigint_t res, ax;
+    bigint_word_t t, res_w[r->length_W * 2], ax_w[MAX(s, a->length_W)];
+    bigint_length_t i;
+    uint8_t j;
+
+    res.wordv = res_w;
+    ax.wordv = ax_w;
+
+    res.wordv[0] = 1;
+    res.length_W = 1;
+    res.info = 0;
+    bigint_adjust(&res);
+    if (exp->length_W == 0) {
+        bigint_copy(dest, &res);
+        return;
+    }
+    bigint_copy(&ax, a);
+    bigint_reduce(&ax, r);
+    bigint_mont_trans(&ax, &ax, r);
+    bigint_mont_trans(&res, &res, r);
+    uint8_t flag = 0;
+    t = exp->wordv[exp->length_W - 1];
+    for (i = exp->length_W; i > 0; --i) {
+        t = exp->wordv[i - 1];
+        for(j = BIGINT_WORD_SIZE; j > 0; --j){
+            if (!flag) {
+                if(t & (((bigint_wordplus_t)1) << (BIGINT_WORD_SIZE - 1))){
+                    flag = 1;
+                }
+            }
+            if (flag) {
+                bigint_square(&res, &res);
+                bigint_mont_red(&res, &res, r, m_);
+                if (t & (((bigint_wordplus_t)1) << (BIGINT_WORD_SIZE - 1))) {
+                    bigint_mont_mul(&res, &res, &ax, r, m_);
+                }
+            }
+            t <<= 1;
+        }
+    }
+    SET_POS(&res);
+    bigint_mont_red(dest, &res, r, m_);
+}
+
+/******************************************************************************/
+
+void bigint_expmod_u_mont_sam(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *exp, const bigint_t *r){
+    if(r->length_W == 0) {
+        return;
+    }
+    if(a->length_W == 0) {
+        bigint_set_zero(dest);
+        return;
+    }
+    bigint_t m_;
+    bigint_word_t m_w_[r->length_W + 1];
+    m_.wordv = m_w_;
+    bigint_mont_gen_m_(&m_, r);
+    bigint_expmod_u_mont_accel(dest, a, exp, r,&m_);
+}
+
+/******************************************************************************/
+
+#endif
+
+void bigint_expmod_u(bigint_t *dest, const bigint_t *a, const bigint_t *exp, const bigint_t *r){
+    if (r->wordv[0] & 1) {
+        bigint_expmod_u_mont_sam(dest, a, exp, r);
+    } else {
+        bigint_expmod_u_sam(dest, a, exp, r);
+    }
+}