OSDN Git Service

new repo
[bytom/vapor.git] / vendor / golang.org / x / crypto / curve25519 / curve25519.go
1 // Copyright 2013 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // We have a implementation in amd64 assembly so this code is only run on
6 // non-amd64 platforms. The amd64 assembly does not support gccgo.
7 // +build !amd64 gccgo appengine
8
9 package curve25519
10
11 import (
12         "encoding/binary"
13 )
14
15 // This code is a port of the public domain, "ref10" implementation of
16 // curve25519 from SUPERCOP 20130419 by D. J. Bernstein.
17
18 // fieldElement represents an element of the field GF(2^255 - 19). An element
19 // t, entries t[0]...t[9], represents the integer t[0]+2^26 t[1]+2^51 t[2]+2^77
20 // t[3]+2^102 t[4]+...+2^230 t[9]. Bounds on each t[i] vary depending on
21 // context.
22 type fieldElement [10]int32
23
24 func feZero(fe *fieldElement) {
25         for i := range fe {
26                 fe[i] = 0
27         }
28 }
29
30 func feOne(fe *fieldElement) {
31         feZero(fe)
32         fe[0] = 1
33 }
34
35 func feAdd(dst, a, b *fieldElement) {
36         for i := range dst {
37                 dst[i] = a[i] + b[i]
38         }
39 }
40
41 func feSub(dst, a, b *fieldElement) {
42         for i := range dst {
43                 dst[i] = a[i] - b[i]
44         }
45 }
46
47 func feCopy(dst, src *fieldElement) {
48         for i := range dst {
49                 dst[i] = src[i]
50         }
51 }
52
53 // feCSwap replaces (f,g) with (g,f) if b == 1; replaces (f,g) with (f,g) if b == 0.
54 //
55 // Preconditions: b in {0,1}.
56 func feCSwap(f, g *fieldElement, b int32) {
57         b = -b
58         for i := range f {
59                 t := b & (f[i] ^ g[i])
60                 f[i] ^= t
61                 g[i] ^= t
62         }
63 }
64
65 // load3 reads a 24-bit, little-endian value from in.
66 func load3(in []byte) int64 {
67         var r int64
68         r = int64(in[0])
69         r |= int64(in[1]) << 8
70         r |= int64(in[2]) << 16
71         return r
72 }
73
74 // load4 reads a 32-bit, little-endian value from in.
75 func load4(in []byte) int64 {
76         return int64(binary.LittleEndian.Uint32(in))
77 }
78
79 func feFromBytes(dst *fieldElement, src *[32]byte) {
80         h0 := load4(src[:])
81         h1 := load3(src[4:]) << 6
82         h2 := load3(src[7:]) << 5
83         h3 := load3(src[10:]) << 3
84         h4 := load3(src[13:]) << 2
85         h5 := load4(src[16:])
86         h6 := load3(src[20:]) << 7
87         h7 := load3(src[23:]) << 5
88         h8 := load3(src[26:]) << 4
89         h9 := load3(src[29:]) << 2
90
91         var carry [10]int64
92         carry[9] = (h9 + 1<<24) >> 25
93         h0 += carry[9] * 19
94         h9 -= carry[9] << 25
95         carry[1] = (h1 + 1<<24) >> 25
96         h2 += carry[1]
97         h1 -= carry[1] << 25
98         carry[3] = (h3 + 1<<24) >> 25
99         h4 += carry[3]
100         h3 -= carry[3] << 25
101         carry[5] = (h5 + 1<<24) >> 25
102         h6 += carry[5]
103         h5 -= carry[5] << 25
104         carry[7] = (h7 + 1<<24) >> 25
105         h8 += carry[7]
106         h7 -= carry[7] << 25
107
108         carry[0] = (h0 + 1<<25) >> 26
109         h1 += carry[0]
110         h0 -= carry[0] << 26
111         carry[2] = (h2 + 1<<25) >> 26
112         h3 += carry[2]
113         h2 -= carry[2] << 26
114         carry[4] = (h4 + 1<<25) >> 26
115         h5 += carry[4]
116         h4 -= carry[4] << 26
117         carry[6] = (h6 + 1<<25) >> 26
118         h7 += carry[6]
119         h6 -= carry[6] << 26
120         carry[8] = (h8 + 1<<25) >> 26
121         h9 += carry[8]
122         h8 -= carry[8] << 26
123
124         dst[0] = int32(h0)
125         dst[1] = int32(h1)
126         dst[2] = int32(h2)
127         dst[3] = int32(h3)
128         dst[4] = int32(h4)
129         dst[5] = int32(h5)
130         dst[6] = int32(h6)
131         dst[7] = int32(h7)
132         dst[8] = int32(h8)
133         dst[9] = int32(h9)
134 }
135
136 // feToBytes marshals h to s.
137 // Preconditions:
138 //   |h| bounded by 1.1*2^25,1.1*2^24,1.1*2^25,1.1*2^24,etc.
139 //
140 // Write p=2^255-19; q=floor(h/p).
141 // Basic claim: q = floor(2^(-255)(h + 19 2^(-25)h9 + 2^(-1))).
142 //
143 // Proof:
144 //   Have |h|<=p so |q|<=1 so |19^2 2^(-255) q|<1/4.
145 //   Also have |h-2^230 h9|<2^230 so |19 2^(-255)(h-2^230 h9)|<1/4.
146 //
147 //   Write y=2^(-1)-19^2 2^(-255)q-19 2^(-255)(h-2^230 h9).
148 //   Then 0<y<1.
149 //
150 //   Write r=h-pq.
151 //   Have 0<=r<=p-1=2^255-20.
152 //   Thus 0<=r+19(2^-255)r<r+19(2^-255)2^255<=2^255-1.
153 //
154 //   Write x=r+19(2^-255)r+y.
155 //   Then 0<x<2^255 so floor(2^(-255)x) = 0 so floor(q+2^(-255)x) = q.
156 //
157 //   Have q+2^(-255)x = 2^(-255)(h + 19 2^(-25) h9 + 2^(-1))
158 //   so floor(2^(-255)(h + 19 2^(-25) h9 + 2^(-1))) = q.
159 func feToBytes(s *[32]byte, h *fieldElement) {
160         var carry [10]int32
161
162         q := (19*h[9] + (1 << 24)) >> 25
163         q = (h[0] + q) >> 26
164         q = (h[1] + q) >> 25
165         q = (h[2] + q) >> 26
166         q = (h[3] + q) >> 25
167         q = (h[4] + q) >> 26
168         q = (h[5] + q) >> 25
169         q = (h[6] + q) >> 26
170         q = (h[7] + q) >> 25
171         q = (h[8] + q) >> 26
172         q = (h[9] + q) >> 25
173
174         // Goal: Output h-(2^255-19)q, which is between 0 and 2^255-20.
175         h[0] += 19 * q
176         // Goal: Output h-2^255 q, which is between 0 and 2^255-20.
177
178         carry[0] = h[0] >> 26
179         h[1] += carry[0]
180         h[0] -= carry[0] << 26
181         carry[1] = h[1] >> 25
182         h[2] += carry[1]
183         h[1] -= carry[1] << 25
184         carry[2] = h[2] >> 26
185         h[3] += carry[2]
186         h[2] -= carry[2] << 26
187         carry[3] = h[3] >> 25
188         h[4] += carry[3]
189         h[3] -= carry[3] << 25
190         carry[4] = h[4] >> 26
191         h[5] += carry[4]
192         h[4] -= carry[4] << 26
193         carry[5] = h[5] >> 25
194         h[6] += carry[5]
195         h[5] -= carry[5] << 25
196         carry[6] = h[6] >> 26
197         h[7] += carry[6]
198         h[6] -= carry[6] << 26
199         carry[7] = h[7] >> 25
200         h[8] += carry[7]
201         h[7] -= carry[7] << 25
202         carry[8] = h[8] >> 26
203         h[9] += carry[8]
204         h[8] -= carry[8] << 26
205         carry[9] = h[9] >> 25
206         h[9] -= carry[9] << 25
207         // h10 = carry9
208
209         // Goal: Output h[0]+...+2^255 h10-2^255 q, which is between 0 and 2^255-20.
210         // Have h[0]+...+2^230 h[9] between 0 and 2^255-1;
211         // evidently 2^255 h10-2^255 q = 0.
212         // Goal: Output h[0]+...+2^230 h[9].
213
214         s[0] = byte(h[0] >> 0)
215         s[1] = byte(h[0] >> 8)
216         s[2] = byte(h[0] >> 16)
217         s[3] = byte((h[0] >> 24) | (h[1] << 2))
218         s[4] = byte(h[1] >> 6)
219         s[5] = byte(h[1] >> 14)
220         s[6] = byte((h[1] >> 22) | (h[2] << 3))
221         s[7] = byte(h[2] >> 5)
222         s[8] = byte(h[2] >> 13)
223         s[9] = byte((h[2] >> 21) | (h[3] << 5))
224         s[10] = byte(h[3] >> 3)
225         s[11] = byte(h[3] >> 11)
226         s[12] = byte((h[3] >> 19) | (h[4] << 6))
227         s[13] = byte(h[4] >> 2)
228         s[14] = byte(h[4] >> 10)
229         s[15] = byte(h[4] >> 18)
230         s[16] = byte(h[5] >> 0)
231         s[17] = byte(h[5] >> 8)
232         s[18] = byte(h[5] >> 16)
233         s[19] = byte((h[5] >> 24) | (h[6] << 1))
234         s[20] = byte(h[6] >> 7)
235         s[21] = byte(h[6] >> 15)
236         s[22] = byte((h[6] >> 23) | (h[7] << 3))
237         s[23] = byte(h[7] >> 5)
238         s[24] = byte(h[7] >> 13)
239         s[25] = byte((h[7] >> 21) | (h[8] << 4))
240         s[26] = byte(h[8] >> 4)
241         s[27] = byte(h[8] >> 12)
242         s[28] = byte((h[8] >> 20) | (h[9] << 6))
243         s[29] = byte(h[9] >> 2)
244         s[30] = byte(h[9] >> 10)
245         s[31] = byte(h[9] >> 18)
246 }
247
248 // feMul calculates h = f * g
249 // Can overlap h with f or g.
250 //
251 // Preconditions:
252 //    |f| bounded by 1.1*2^26,1.1*2^25,1.1*2^26,1.1*2^25,etc.
253 //    |g| bounded by 1.1*2^26,1.1*2^25,1.1*2^26,1.1*2^25,etc.
254 //
255 // Postconditions:
256 //    |h| bounded by 1.1*2^25,1.1*2^24,1.1*2^25,1.1*2^24,etc.
257 //
258 // Notes on implementation strategy:
259 //
260 // Using schoolbook multiplication.
261 // Karatsuba would save a little in some cost models.
262 //
263 // Most multiplications by 2 and 19 are 32-bit precomputations;
264 // cheaper than 64-bit postcomputations.
265 //
266 // There is one remaining multiplication by 19 in the carry chain;
267 // one *19 precomputation can be merged into this,
268 // but the resulting data flow is considerably less clean.
269 //
270 // There are 12 carries below.
271 // 10 of them are 2-way parallelizable and vectorizable.
272 // Can get away with 11 carries, but then data flow is much deeper.
273 //
274 // With tighter constraints on inputs can squeeze carries into int32.
275 func feMul(h, f, g *fieldElement) {
276         f0 := f[0]
277         f1 := f[1]
278         f2 := f[2]
279         f3 := f[3]
280         f4 := f[4]
281         f5 := f[5]
282         f6 := f[6]
283         f7 := f[7]
284         f8 := f[8]
285         f9 := f[9]
286         g0 := g[0]
287         g1 := g[1]
288         g2 := g[2]
289         g3 := g[3]
290         g4 := g[4]
291         g5 := g[5]
292         g6 := g[6]
293         g7 := g[7]
294         g8 := g[8]
295         g9 := g[9]
296         g1_19 := 19 * g1 // 1.4*2^29
297         g2_19 := 19 * g2 // 1.4*2^30; still ok
298         g3_19 := 19 * g3
299         g4_19 := 19 * g4
300         g5_19 := 19 * g5
301         g6_19 := 19 * g6
302         g7_19 := 19 * g7
303         g8_19 := 19 * g8
304         g9_19 := 19 * g9
305         f1_2 := 2 * f1
306         f3_2 := 2 * f3
307         f5_2 := 2 * f5
308         f7_2 := 2 * f7
309         f9_2 := 2 * f9
310         f0g0 := int64(f0) * int64(g0)
311         f0g1 := int64(f0) * int64(g1)
312         f0g2 := int64(f0) * int64(g2)
313         f0g3 := int64(f0) * int64(g3)
314         f0g4 := int64(f0) * int64(g4)
315         f0g5 := int64(f0) * int64(g5)
316         f0g6 := int64(f0) * int64(g6)
317         f0g7 := int64(f0) * int64(g7)
318         f0g8 := int64(f0) * int64(g8)
319         f0g9 := int64(f0) * int64(g9)
320         f1g0 := int64(f1) * int64(g0)
321         f1g1_2 := int64(f1_2) * int64(g1)
322         f1g2 := int64(f1) * int64(g2)
323         f1g3_2 := int64(f1_2) * int64(g3)
324         f1g4 := int64(f1) * int64(g4)
325         f1g5_2 := int64(f1_2) * int64(g5)
326         f1g6 := int64(f1) * int64(g6)
327         f1g7_2 := int64(f1_2) * int64(g7)
328         f1g8 := int64(f1) * int64(g8)
329         f1g9_38 := int64(f1_2) * int64(g9_19)
330         f2g0 := int64(f2) * int64(g0)
331         f2g1 := int64(f2) * int64(g1)
332         f2g2 := int64(f2) * int64(g2)
333         f2g3 := int64(f2) * int64(g3)
334         f2g4 := int64(f2) * int64(g4)
335         f2g5 := int64(f2) * int64(g5)
336         f2g6 := int64(f2) * int64(g6)
337         f2g7 := int64(f2) * int64(g7)
338         f2g8_19 := int64(f2) * int64(g8_19)
339         f2g9_19 := int64(f2) * int64(g9_19)
340         f3g0 := int64(f3) * int64(g0)
341         f3g1_2 := int64(f3_2) * int64(g1)
342         f3g2 := int64(f3) * int64(g2)
343         f3g3_2 := int64(f3_2) * int64(g3)
344         f3g4 := int64(f3) * int64(g4)
345         f3g5_2 := int64(f3_2) * int64(g5)
346         f3g6 := int64(f3) * int64(g6)
347         f3g7_38 := int64(f3_2) * int64(g7_19)
348         f3g8_19 := int64(f3) * int64(g8_19)
349         f3g9_38 := int64(f3_2) * int64(g9_19)
350         f4g0 := int64(f4) * int64(g0)
351         f4g1 := int64(f4) * int64(g1)
352         f4g2 := int64(f4) * int64(g2)
353         f4g3 := int64(f4) * int64(g3)
354         f4g4 := int64(f4) * int64(g4)
355         f4g5 := int64(f4) * int64(g5)
356         f4g6_19 := int64(f4) * int64(g6_19)
357         f4g7_19 := int64(f4) * int64(g7_19)
358         f4g8_19 := int64(f4) * int64(g8_19)
359         f4g9_19 := int64(f4) * int64(g9_19)
360         f5g0 := int64(f5) * int64(g0)
361         f5g1_2 := int64(f5_2) * int64(g1)
362         f5g2 := int64(f5) * int64(g2)
363         f5g3_2 := int64(f5_2) * int64(g3)
364         f5g4 := int64(f5) * int64(g4)
365         f5g5_38 := int64(f5_2) * int64(g5_19)
366         f5g6_19 := int64(f5) * int64(g6_19)
367         f5g7_38 := int64(f5_2) * int64(g7_19)
368         f5g8_19 := int64(f5) * int64(g8_19)
369         f5g9_38 := int64(f5_2) * int64(g9_19)
370         f6g0 := int64(f6) * int64(g0)
371         f6g1 := int64(f6) * int64(g1)
372         f6g2 := int64(f6) * int64(g2)
373         f6g3 := int64(f6) * int64(g3)
374         f6g4_19 := int64(f6) * int64(g4_19)
375         f6g5_19 := int64(f6) * int64(g5_19)
376         f6g6_19 := int64(f6) * int64(g6_19)
377         f6g7_19 := int64(f6) * int64(g7_19)
378         f6g8_19 := int64(f6) * int64(g8_19)
379         f6g9_19 := int64(f6) * int64(g9_19)
380         f7g0 := int64(f7) * int64(g0)
381         f7g1_2 := int64(f7_2) * int64(g1)
382         f7g2 := int64(f7) * int64(g2)
383         f7g3_38 := int64(f7_2) * int64(g3_19)
384         f7g4_19 := int64(f7) * int64(g4_19)
385         f7g5_38 := int64(f7_2) * int64(g5_19)
386         f7g6_19 := int64(f7) * int64(g6_19)
387         f7g7_38 := int64(f7_2) * int64(g7_19)
388         f7g8_19 := int64(f7) * int64(g8_19)
389         f7g9_38 := int64(f7_2) * int64(g9_19)
390         f8g0 := int64(f8) * int64(g0)
391         f8g1 := int64(f8) * int64(g1)
392         f8g2_19 := int64(f8) * int64(g2_19)
393         f8g3_19 := int64(f8) * int64(g3_19)
394         f8g4_19 := int64(f8) * int64(g4_19)
395         f8g5_19 := int64(f8) * int64(g5_19)
396         f8g6_19 := int64(f8) * int64(g6_19)
397         f8g7_19 := int64(f8) * int64(g7_19)
398         f8g8_19 := int64(f8) * int64(g8_19)
399         f8g9_19 := int64(f8) * int64(g9_19)
400         f9g0 := int64(f9) * int64(g0)
401         f9g1_38 := int64(f9_2) * int64(g1_19)
402         f9g2_19 := int64(f9) * int64(g2_19)
403         f9g3_38 := int64(f9_2) * int64(g3_19)
404         f9g4_19 := int64(f9) * int64(g4_19)
405         f9g5_38 := int64(f9_2) * int64(g5_19)
406         f9g6_19 := int64(f9) * int64(g6_19)
407         f9g7_38 := int64(f9_2) * int64(g7_19)
408         f9g8_19 := int64(f9) * int64(g8_19)
409         f9g9_38 := int64(f9_2) * int64(g9_19)
410         h0 := f0g0 + f1g9_38 + f2g8_19 + f3g7_38 + f4g6_19 + f5g5_38 + f6g4_19 + f7g3_38 + f8g2_19 + f9g1_38
411         h1 := f0g1 + f1g0 + f2g9_19 + f3g8_19 + f4g7_19 + f5g6_19 + f6g5_19 + f7g4_19 + f8g3_19 + f9g2_19
412         h2 := f0g2 + f1g1_2 + f2g0 + f3g9_38 + f4g8_19 + f5g7_38 + f6g6_19 + f7g5_38 + f8g4_19 + f9g3_38
413         h3 := f0g3 + f1g2 + f2g1 + f3g0 + f4g9_19 + f5g8_19 + f6g7_19 + f7g6_19 + f8g5_19 + f9g4_19
414         h4 := f0g4 + f1g3_2 + f2g2 + f3g1_2 + f4g0 + f5g9_38 + f6g8_19 + f7g7_38 + f8g6_19 + f9g5_38
415         h5 := f0g5 + f1g4 + f2g3 + f3g2 + f4g1 + f5g0 + f6g9_19 + f7g8_19 + f8g7_19 + f9g6_19
416         h6 := f0g6 + f1g5_2 + f2g4 + f3g3_2 + f4g2 + f5g1_2 + f6g0 + f7g9_38 + f8g8_19 + f9g7_38
417         h7 := f0g7 + f1g6 + f2g5 + f3g4 + f4g3 + f5g2 + f6g1 + f7g0 + f8g9_19 + f9g8_19
418         h8 := f0g8 + f1g7_2 + f2g6 + f3g5_2 + f4g4 + f5g3_2 + f6g2 + f7g1_2 + f8g0 + f9g9_38
419         h9 := f0g9 + f1g8 + f2g7 + f3g6 + f4g5 + f5g4 + f6g3 + f7g2 + f8g1 + f9g0
420         var carry [10]int64
421
422         // |h0| <= (1.1*1.1*2^52*(1+19+19+19+19)+1.1*1.1*2^50*(38+38+38+38+38))
423         //   i.e. |h0| <= 1.2*2^59; narrower ranges for h2, h4, h6, h8
424         // |h1| <= (1.1*1.1*2^51*(1+1+19+19+19+19+19+19+19+19))
425         //   i.e. |h1| <= 1.5*2^58; narrower ranges for h3, h5, h7, h9
426
427         carry[0] = (h0 + (1 << 25)) >> 26
428         h1 += carry[0]
429         h0 -= carry[0] << 26
430         carry[4] = (h4 + (1 << 25)) >> 26
431         h5 += carry[4]
432         h4 -= carry[4] << 26
433         // |h0| <= 2^25
434         // |h4| <= 2^25
435         // |h1| <= 1.51*2^58
436         // |h5| <= 1.51*2^58
437
438         carry[1] = (h1 + (1 << 24)) >> 25
439         h2 += carry[1]
440         h1 -= carry[1] << 25
441         carry[5] = (h5 + (1 << 24)) >> 25
442         h6 += carry[5]
443         h5 -= carry[5] << 25
444         // |h1| <= 2^24; from now on fits into int32
445         // |h5| <= 2^24; from now on fits into int32
446         // |h2| <= 1.21*2^59
447         // |h6| <= 1.21*2^59
448
449         carry[2] = (h2 + (1 << 25)) >> 26
450         h3 += carry[2]
451         h2 -= carry[2] << 26
452         carry[6] = (h6 + (1 << 25)) >> 26
453         h7 += carry[6]
454         h6 -= carry[6] << 26
455         // |h2| <= 2^25; from now on fits into int32 unchanged
456         // |h6| <= 2^25; from now on fits into int32 unchanged
457         // |h3| <= 1.51*2^58
458         // |h7| <= 1.51*2^58
459
460         carry[3] = (h3 + (1 << 24)) >> 25
461         h4 += carry[3]
462         h3 -= carry[3] << 25
463         carry[7] = (h7 + (1 << 24)) >> 25
464         h8 += carry[7]
465         h7 -= carry[7] << 25
466         // |h3| <= 2^24; from now on fits into int32 unchanged
467         // |h7| <= 2^24; from now on fits into int32 unchanged
468         // |h4| <= 1.52*2^33
469         // |h8| <= 1.52*2^33
470
471         carry[4] = (h4 + (1 << 25)) >> 26
472         h5 += carry[4]
473         h4 -= carry[4] << 26
474         carry[8] = (h8 + (1 << 25)) >> 26
475         h9 += carry[8]
476         h8 -= carry[8] << 26
477         // |h4| <= 2^25; from now on fits into int32 unchanged
478         // |h8| <= 2^25; from now on fits into int32 unchanged
479         // |h5| <= 1.01*2^24
480         // |h9| <= 1.51*2^58
481
482         carry[9] = (h9 + (1 << 24)) >> 25
483         h0 += carry[9] * 19
484         h9 -= carry[9] << 25
485         // |h9| <= 2^24; from now on fits into int32 unchanged
486         // |h0| <= 1.8*2^37
487
488         carry[0] = (h0 + (1 << 25)) >> 26
489         h1 += carry[0]
490         h0 -= carry[0] << 26
491         // |h0| <= 2^25; from now on fits into int32 unchanged
492         // |h1| <= 1.01*2^24
493
494         h[0] = int32(h0)
495         h[1] = int32(h1)
496         h[2] = int32(h2)
497         h[3] = int32(h3)
498         h[4] = int32(h4)
499         h[5] = int32(h5)
500         h[6] = int32(h6)
501         h[7] = int32(h7)
502         h[8] = int32(h8)
503         h[9] = int32(h9)
504 }
505
506 // feSquare calculates h = f*f. Can overlap h with f.
507 //
508 // Preconditions:
509 //    |f| bounded by 1.1*2^26,1.1*2^25,1.1*2^26,1.1*2^25,etc.
510 //
511 // Postconditions:
512 //    |h| bounded by 1.1*2^25,1.1*2^24,1.1*2^25,1.1*2^24,etc.
513 func feSquare(h, f *fieldElement) {
514         f0 := f[0]
515         f1 := f[1]
516         f2 := f[2]
517         f3 := f[3]
518         f4 := f[4]
519         f5 := f[5]
520         f6 := f[6]
521         f7 := f[7]
522         f8 := f[8]
523         f9 := f[9]
524         f0_2 := 2 * f0
525         f1_2 := 2 * f1
526         f2_2 := 2 * f2
527         f3_2 := 2 * f3
528         f4_2 := 2 * f4
529         f5_2 := 2 * f5
530         f6_2 := 2 * f6
531         f7_2 := 2 * f7
532         f5_38 := 38 * f5 // 1.31*2^30
533         f6_19 := 19 * f6 // 1.31*2^30
534         f7_38 := 38 * f7 // 1.31*2^30
535         f8_19 := 19 * f8 // 1.31*2^30
536         f9_38 := 38 * f9 // 1.31*2^30
537         f0f0 := int64(f0) * int64(f0)
538         f0f1_2 := int64(f0_2) * int64(f1)
539         f0f2_2 := int64(f0_2) * int64(f2)
540         f0f3_2 := int64(f0_2) * int64(f3)
541         f0f4_2 := int64(f0_2) * int64(f4)
542         f0f5_2 := int64(f0_2) * int64(f5)
543         f0f6_2 := int64(f0_2) * int64(f6)
544         f0f7_2 := int64(f0_2) * int64(f7)
545         f0f8_2 := int64(f0_2) * int64(f8)
546         f0f9_2 := int64(f0_2) * int64(f9)
547         f1f1_2 := int64(f1_2) * int64(f1)
548         f1f2_2 := int64(f1_2) * int64(f2)
549         f1f3_4 := int64(f1_2) * int64(f3_2)
550         f1f4_2 := int64(f1_2) * int64(f4)
551         f1f5_4 := int64(f1_2) * int64(f5_2)
552         f1f6_2 := int64(f1_2) * int64(f6)
553         f1f7_4 := int64(f1_2) * int64(f7_2)
554         f1f8_2 := int64(f1_2) * int64(f8)
555         f1f9_76 := int64(f1_2) * int64(f9_38)
556         f2f2 := int64(f2) * int64(f2)
557         f2f3_2 := int64(f2_2) * int64(f3)
558         f2f4_2 := int64(f2_2) * int64(f4)
559         f2f5_2 := int64(f2_2) * int64(f5)
560         f2f6_2 := int64(f2_2) * int64(f6)
561         f2f7_2 := int64(f2_2) * int64(f7)
562         f2f8_38 := int64(f2_2) * int64(f8_19)
563         f2f9_38 := int64(f2) * int64(f9_38)
564         f3f3_2 := int64(f3_2) * int64(f3)
565         f3f4_2 := int64(f3_2) * int64(f4)
566         f3f5_4 := int64(f3_2) * int64(f5_2)
567         f3f6_2 := int64(f3_2) * int64(f6)
568         f3f7_76 := int64(f3_2) * int64(f7_38)
569         f3f8_38 := int64(f3_2) * int64(f8_19)
570         f3f9_76 := int64(f3_2) * int64(f9_38)
571         f4f4 := int64(f4) * int64(f4)
572         f4f5_2 := int64(f4_2) * int64(f5)
573         f4f6_38 := int64(f4_2) * int64(f6_19)
574         f4f7_38 := int64(f4) * int64(f7_38)
575         f4f8_38 := int64(f4_2) * int64(f8_19)
576         f4f9_38 := int64(f4) * int64(f9_38)
577         f5f5_38 := int64(f5) * int64(f5_38)
578         f5f6_38 := int64(f5_2) * int64(f6_19)
579         f5f7_76 := int64(f5_2) * int64(f7_38)
580         f5f8_38 := int64(f5_2) * int64(f8_19)
581         f5f9_76 := int64(f5_2) * int64(f9_38)
582         f6f6_19 := int64(f6) * int64(f6_19)
583         f6f7_38 := int64(f6) * int64(f7_38)
584         f6f8_38 := int64(f6_2) * int64(f8_19)
585         f6f9_38 := int64(f6) * int64(f9_38)
586         f7f7_38 := int64(f7) * int64(f7_38)
587         f7f8_38 := int64(f7_2) * int64(f8_19)
588         f7f9_76 := int64(f7_2) * int64(f9_38)
589         f8f8_19 := int64(f8) * int64(f8_19)
590         f8f9_38 := int64(f8) * int64(f9_38)
591         f9f9_38 := int64(f9) * int64(f9_38)
592         h0 := f0f0 + f1f9_76 + f2f8_38 + f3f7_76 + f4f6_38 + f5f5_38
593         h1 := f0f1_2 + f2f9_38 + f3f8_38 + f4f7_38 + f5f6_38
594         h2 := f0f2_2 + f1f1_2 + f3f9_76 + f4f8_38 + f5f7_76 + f6f6_19
595         h3 := f0f3_2 + f1f2_2 + f4f9_38 + f5f8_38 + f6f7_38
596         h4 := f0f4_2 + f1f3_4 + f2f2 + f5f9_76 + f6f8_38 + f7f7_38
597         h5 := f0f5_2 + f1f4_2 + f2f3_2 + f6f9_38 + f7f8_38
598         h6 := f0f6_2 + f1f5_4 + f2f4_2 + f3f3_2 + f7f9_76 + f8f8_19
599         h7 := f0f7_2 + f1f6_2 + f2f5_2 + f3f4_2 + f8f9_38
600         h8 := f0f8_2 + f1f7_4 + f2f6_2 + f3f5_4 + f4f4 + f9f9_38
601         h9 := f0f9_2 + f1f8_2 + f2f7_2 + f3f6_2 + f4f5_2
602         var carry [10]int64
603
604         carry[0] = (h0 + (1 << 25)) >> 26
605         h1 += carry[0]
606         h0 -= carry[0] << 26
607         carry[4] = (h4 + (1 << 25)) >> 26
608         h5 += carry[4]
609         h4 -= carry[4] << 26
610
611         carry[1] = (h1 + (1 << 24)) >> 25
612         h2 += carry[1]
613         h1 -= carry[1] << 25
614         carry[5] = (h5 + (1 << 24)) >> 25
615         h6 += carry[5]
616         h5 -= carry[5] << 25
617
618         carry[2] = (h2 + (1 << 25)) >> 26
619         h3 += carry[2]
620         h2 -= carry[2] << 26
621         carry[6] = (h6 + (1 << 25)) >> 26
622         h7 += carry[6]
623         h6 -= carry[6] << 26
624
625         carry[3] = (h3 + (1 << 24)) >> 25
626         h4 += carry[3]
627         h3 -= carry[3] << 25
628         carry[7] = (h7 + (1 << 24)) >> 25
629         h8 += carry[7]
630         h7 -= carry[7] << 25
631
632         carry[4] = (h4 + (1 << 25)) >> 26
633         h5 += carry[4]
634         h4 -= carry[4] << 26
635         carry[8] = (h8 + (1 << 25)) >> 26
636         h9 += carry[8]
637         h8 -= carry[8] << 26
638
639         carry[9] = (h9 + (1 << 24)) >> 25
640         h0 += carry[9] * 19
641         h9 -= carry[9] << 25
642
643         carry[0] = (h0 + (1 << 25)) >> 26
644         h1 += carry[0]
645         h0 -= carry[0] << 26
646
647         h[0] = int32(h0)
648         h[1] = int32(h1)
649         h[2] = int32(h2)
650         h[3] = int32(h3)
651         h[4] = int32(h4)
652         h[5] = int32(h5)
653         h[6] = int32(h6)
654         h[7] = int32(h7)
655         h[8] = int32(h8)
656         h[9] = int32(h9)
657 }
658
659 // feMul121666 calculates h = f * 121666. Can overlap h with f.
660 //
661 // Preconditions:
662 //    |f| bounded by 1.1*2^26,1.1*2^25,1.1*2^26,1.1*2^25,etc.
663 //
664 // Postconditions:
665 //    |h| bounded by 1.1*2^25,1.1*2^24,1.1*2^25,1.1*2^24,etc.
666 func feMul121666(h, f *fieldElement) {
667         h0 := int64(f[0]) * 121666
668         h1 := int64(f[1]) * 121666
669         h2 := int64(f[2]) * 121666
670         h3 := int64(f[3]) * 121666
671         h4 := int64(f[4]) * 121666
672         h5 := int64(f[5]) * 121666
673         h6 := int64(f[6]) * 121666
674         h7 := int64(f[7]) * 121666
675         h8 := int64(f[8]) * 121666
676         h9 := int64(f[9]) * 121666
677         var carry [10]int64
678
679         carry[9] = (h9 + (1 << 24)) >> 25
680         h0 += carry[9] * 19
681         h9 -= carry[9] << 25
682         carry[1] = (h1 + (1 << 24)) >> 25
683         h2 += carry[1]
684         h1 -= carry[1] << 25
685         carry[3] = (h3 + (1 << 24)) >> 25
686         h4 += carry[3]
687         h3 -= carry[3] << 25
688         carry[5] = (h5 + (1 << 24)) >> 25
689         h6 += carry[5]
690         h5 -= carry[5] << 25
691         carry[7] = (h7 + (1 << 24)) >> 25
692         h8 += carry[7]
693         h7 -= carry[7] << 25
694
695         carry[0] = (h0 + (1 << 25)) >> 26
696         h1 += carry[0]
697         h0 -= carry[0] << 26
698         carry[2] = (h2 + (1 << 25)) >> 26
699         h3 += carry[2]
700         h2 -= carry[2] << 26
701         carry[4] = (h4 + (1 << 25)) >> 26
702         h5 += carry[4]
703         h4 -= carry[4] << 26
704         carry[6] = (h6 + (1 << 25)) >> 26
705         h7 += carry[6]
706         h6 -= carry[6] << 26
707         carry[8] = (h8 + (1 << 25)) >> 26
708         h9 += carry[8]
709         h8 -= carry[8] << 26
710
711         h[0] = int32(h0)
712         h[1] = int32(h1)
713         h[2] = int32(h2)
714         h[3] = int32(h3)
715         h[4] = int32(h4)
716         h[5] = int32(h5)
717         h[6] = int32(h6)
718         h[7] = int32(h7)
719         h[8] = int32(h8)
720         h[9] = int32(h9)
721 }
722
723 // feInvert sets out = z^-1.
724 func feInvert(out, z *fieldElement) {
725         var t0, t1, t2, t3 fieldElement
726         var i int
727
728         feSquare(&t0, z)
729         for i = 1; i < 1; i++ {
730                 feSquare(&t0, &t0)
731         }
732         feSquare(&t1, &t0)
733         for i = 1; i < 2; i++ {
734                 feSquare(&t1, &t1)
735         }
736         feMul(&t1, z, &t1)
737         feMul(&t0, &t0, &t1)
738         feSquare(&t2, &t0)
739         for i = 1; i < 1; i++ {
740                 feSquare(&t2, &t2)
741         }
742         feMul(&t1, &t1, &t2)
743         feSquare(&t2, &t1)
744         for i = 1; i < 5; i++ {
745                 feSquare(&t2, &t2)
746         }
747         feMul(&t1, &t2, &t1)
748         feSquare(&t2, &t1)
749         for i = 1; i < 10; i++ {
750                 feSquare(&t2, &t2)
751         }
752         feMul(&t2, &t2, &t1)
753         feSquare(&t3, &t2)
754         for i = 1; i < 20; i++ {
755                 feSquare(&t3, &t3)
756         }
757         feMul(&t2, &t3, &t2)
758         feSquare(&t2, &t2)
759         for i = 1; i < 10; i++ {
760                 feSquare(&t2, &t2)
761         }
762         feMul(&t1, &t2, &t1)
763         feSquare(&t2, &t1)
764         for i = 1; i < 50; i++ {
765                 feSquare(&t2, &t2)
766         }
767         feMul(&t2, &t2, &t1)
768         feSquare(&t3, &t2)
769         for i = 1; i < 100; i++ {
770                 feSquare(&t3, &t3)
771         }
772         feMul(&t2, &t3, &t2)
773         feSquare(&t2, &t2)
774         for i = 1; i < 50; i++ {
775                 feSquare(&t2, &t2)
776         }
777         feMul(&t1, &t2, &t1)
778         feSquare(&t1, &t1)
779         for i = 1; i < 5; i++ {
780                 feSquare(&t1, &t1)
781         }
782         feMul(out, &t1, &t0)
783 }
784
785 func scalarMult(out, in, base *[32]byte) {
786         var e [32]byte
787
788         copy(e[:], in[:])
789         e[0] &= 248
790         e[31] &= 127
791         e[31] |= 64
792
793         var x1, x2, z2, x3, z3, tmp0, tmp1 fieldElement
794         feFromBytes(&x1, base)
795         feOne(&x2)
796         feCopy(&x3, &x1)
797         feOne(&z3)
798
799         swap := int32(0)
800         for pos := 254; pos >= 0; pos-- {
801                 b := e[pos/8] >> uint(pos&7)
802                 b &= 1
803                 swap ^= int32(b)
804                 feCSwap(&x2, &x3, swap)
805                 feCSwap(&z2, &z3, swap)
806                 swap = int32(b)
807
808                 feSub(&tmp0, &x3, &z3)
809                 feSub(&tmp1, &x2, &z2)
810                 feAdd(&x2, &x2, &z2)
811                 feAdd(&z2, &x3, &z3)
812                 feMul(&z3, &tmp0, &x2)
813                 feMul(&z2, &z2, &tmp1)
814                 feSquare(&tmp0, &tmp1)
815                 feSquare(&tmp1, &x2)
816                 feAdd(&x3, &z3, &z2)
817                 feSub(&z2, &z3, &z2)
818                 feMul(&x2, &tmp1, &tmp0)
819                 feSub(&tmp1, &tmp1, &tmp0)
820                 feSquare(&z2, &z2)
821                 feMul121666(&z3, &tmp1)
822                 feSquare(&x3, &x3)
823                 feAdd(&tmp0, &tmp0, &z3)
824                 feMul(&z3, &x1, &z2)
825                 feMul(&z2, &tmp1, &tmp0)
826         }
827
828         feCSwap(&x2, &x3, swap)
829         feCSwap(&z2, &z3, swap)
830
831         feInvert(&z2, &z2)
832         feMul(&x2, &x2, &z2)
833         feToBytes(out, &x2)
834 }