/
CnBigNumber.pas
4680 lines (3980 loc) · 113 KB
/
CnBigNumber.pas
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
871
872
873
874
875
876
877
878
879
880
881
882
883
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896
897
898
899
900
901
902
903
904
905
906
907
908
909
910
911
912
913
914
915
916
917
918
919
920
921
922
923
924
925
926
927
928
929
930
931
932
933
934
935
936
937
938
939
940
941
942
943
944
945
946
947
948
949
950
951
952
953
954
955
956
957
958
959
960
961
962
963
964
965
966
967
968
969
970
971
972
973
974
975
976
977
978
979
980
981
982
983
984
985
986
987
988
989
990
991
992
993
994
995
996
997
998
999
1000
{******************************************************************************}
{ CnPack For Delphi/C++Builder }
{ 中国人自己的开放源码第三方开发包 }
{ (C)Copyright 2001-2018 CnPack 开发组 }
{ ------------------------------------ }
{ }
{ 本开发包是开源的自由软件,您可以遵照 CnPack 的发布协议来修 }
{ 改和重新发布这一程序。 }
{ }
{ 发布这一开发包的目的是希望它有用,但没有任何担保。甚至没有 }
{ 适合特定目的而隐含的担保。更详细的情况请参阅 CnPack 发布协议。 }
{ }
{ 您应该已经和开发包一起收到一份 CnPack 发布协议的副本。如果 }
{ 还没有,可访问我们的网站: }
{ }
{ 网站地址:http://www.cnpack.org }
{ 电子邮件:master@cnpack.org }
{ }
{******************************************************************************}
unit CnBigNumber;
{* |<PRE>
================================================================================
* 软件名称:开发包基础库
* 单元名称:大数算法单元
* 单元作者:刘啸
* 备 注:大部分从 Openssl 的 C 代码移植而来
* Word 系列操作函数指大数与 DWORD 进行运算,而 Words 系列操作函数指
* 大数中间的运算过程。
* Div 使用汇编通了,但 Mod Word 似乎还有问题。
* 开发平台:Win 7 + Delphi 5.0
* 兼容测试:暂未进行
* 本 地 化:该单元无需本地化处理
* 修改记录:2017.04.04 V1.3
* 修正几处大数池相关的 Bug,但扩展欧几里得求解法还有问题
* 2016.09.26 V1.2
* 加入素数计算;大数池改成全局方式以提高效率
* 2014.11.05 V1.1
* 大数从结构方式改为对象方式,增加部分方法
* 2014.10.15 V1.0
* 创建单元
================================================================================
|</PRE>}
interface
{$I CnPack.inc}
uses
Classes, SysUtils, Windows, Contnrs {$IFDEF UNICODE}, AnsiStrings {$ENDIF};
const
BN_FLG_MALLOCED = $1; // 本大数对象中的 D 内存是动态分配而来并自行管理
BN_FLG_STATIC_DATA = $2; // 本大数对象中的 D 内存是指向外部的静态数据
BN_FLG_CONSTTIME = $4;
BN_FLG_FREE = $8000;
BN_BITS_UINT_32 = 32;
BN_BITS_UINT_64 = 64;
BN_BYTES = 4;
BN_BITS2 = 32; // D 数组中的一个元素所包含的位数
BN_BITS4 = 16;
BN_TBIT = $80000000;
BN_MASK2 = $FFFFFFFF;
BN_MASK2l = $FFFF;
BN_MASK2h = $FFFF0000;
BN_MASK2h1 = $FFFF8000;
BN_MILLER_RABIN_DEF_COUNT = 50; // Miller-Rabin 算法的默认测试次数
type
ERandomAPIError = class(Exception);
TDWordArray = array [0..MaxInt div SizeOf(Integer) - 1] of DWORD;
PDWordArray = ^TDWordArray;
{* 用来代表一个大数的对象 }
TCnBigNumber = class(TObject)
private
{$IFDEF DEBUG}
FIsFromPool: Boolean;
{$ENDIF}
function GetDecString: string;
function GetHexString: string;
function GetDebugDump: string;
public
D: PDWORD; // 一个 array[0..Top-1] of DWORD 数组,越往后越代表高位
Top: Integer; // Top 表示上限,D[Top] 为 0,D[Top - 1] 是最高位有效数
DMax: Integer; // D 数组的存储上限
Neg: Integer; // 1 为负,0 为正
Flags: Integer;
constructor Create;
destructor Destroy; override;
procedure Init;
{* 初始化为全 0,并不分配 D 内存}
procedure Clear;
{* 将自身数据空间填 0,并不释放 D 内存 }
function IsZero: Boolean;
{* 返回大数是否为 0 }
procedure SetZero;
{* 将大数设置为 0 }
function IsOne: Boolean;
{* 返回大数是否为 1 }
function SetOne: Boolean;
{* 将大数设置为 1 }
function IsOdd: Boolean;
{* 返回大数是否为奇数 }
function GetBitsCount: Integer;
{* 返回大数有多少个有效 bit }
function GetBytesCount: Integer;
{* 返回大数有多少个有效 bytes }
function GetWord: DWORD;
{* 取首值 }
function SetWord(W: DWORD): Boolean;
{* 给大数赋首值 }
function IsWord(W: DWORD): Boolean;
{* 大数是否等于指定 DWORD}
function AddWord(W: DWORD): Boolean;
{* 大数加上一个 DWORD,结果仍放自身中,返回相加是否成功}
function SubWord(W: DWORD): Boolean;
{* 大数减去一个 DWORD,结果仍放自身中,返回相减是否成功}
function MulWord(W: DWORD): Boolean;
{* 大数乘以一个 DWORD,结果仍放自身中,返回相乘是否成功}
function ModWord(W: DWORD): DWORD;
{* 大数对一个 DWORD 求余,返回余数}
function DivWord(W: DWORD): DWORD;
{* 大数除以一个 DWORD,商重新放在自身中,返回余数}
procedure SetNegative(Negative: Boolean);
{* 设置大数是否负值 }
function IsNegative: Boolean;
{* 返回大数是否负值 }
function ClearBit(N: Integer): Boolean;
{* 给大数的第 N 个 Bit 置 0,返回成功与否。N 从最低位 0 到最高位 GetBitsCount - 1 }
function SetBit(N: Integer): Boolean;
{* 给大数的第 N 个 Bit 置 1,返回成功与否。N 从最低位 0 到最高位 GetBitsCount - 1 }
function IsBitSet(N: Integer): Boolean;
{* 返回大数的第 N 个 Bit 是否为 1。N 从最低位 0 到最高位 GetBitsCount - 1 }
function WordExpand(Words: Integer): TCnBigNumber;
{* 将大数扩展成支持 Words 个 DWORD,成功返回扩展的大数对象本身 Self,失败返回 nil}
function ToBinary(const Buf: PAnsiChar): Integer;
{* 将大数转换成二进制数据放入 Buf 中,Buf 的长度必须大于等于其 BytesCount,
返回 Buf 写入的长度}
function SetBinary(Buf: PAnsiChar; Len: Integer): Boolean;
{* 根据一个二进制块给自身赋值}
class function FromBinary(Buf: PAnsiChar; Len: Integer): TCnBigNumber;
{* 根据一个二进制块产生一个新的大数对象}
function ToString: string; {$IFDEF OBJECT_HAS_TOSTRING} override; {$ENDIF}
{* 将大数转成字符串 }
function ToHex: string;
{* 将大数转成十六进制字符串}
function SetHex(const Buf: AnsiString): Boolean;
{* 根据一串十六进制字符串给自身赋值}
class function FromHex(const Buf: AnsiString): TCnBigNumber;
{* 根据一串十六进制字符串产生一个新的大数对象}
function ToDec: string;
{* 将大数转成十进制字符串}
function SetDec(const Buf: AnsiString): Boolean;
{* 根据一串十进制字符串给自身赋值}
class function FromDec(const Buf: AnsiString): TCnBigNumber;
{* 根据一串十进制字符串产生个新的大数对象}
property DecString: string read GetDecString;
property HexString: string read GetHexString;
property DebugDump: string read GetDebugDump;
end;
PCnBigNumber = ^TCnBigNumber;
TCnBigNumberList = class(TObjectList)
{* 容纳大数的对象列表,同时拥有大数对象们}
private
protected
function GetItem(Index: Integer): TCnBigNumber;
procedure SetItem(Index: Integer; ABigNumber: TCnBigNumber);
public
constructor Create(AOwnsObjects: Boolean); overload;
function Add(ABigNumber: TCnBigNumber): Integer;
{* 添加大数对象,注意添加后无需手动释放}
function Remove(ABigNumber: TCnBigNumber): Integer;
function IndexOfValue(ABigNumber: TCnBigNumber): Integer;
procedure Insert(Index: Integer; ABigNumber: TCnBigNumber);
procedure RemoveDuplicated;
property Items[Index: Integer]: TCnBigNumber read GetItem write SetItem; default;
end;
function BigNumberNew: TCnBigNumber;
{* 创建一个动态分配的大数对象,等同于 TCnBigNumber.Create }
procedure BigNumberFree(const Num: TCnBigNumber);
{* 按需要释放一个由 BigNumerNew 函数创建的大数对象,并按需要释放其 D 对象
等同于直接调用 Free }
procedure BigNumberInit(const Num: TCnBigNumber);
{* 初始化一个大数对象,全为 0,并不分配 D 内存}
procedure BigNumberClear(const Num: TCnBigNumber);
{* 清除一个大数对象,并将其数据空间填 0,并不释放 D 内存 }
function BigNumberIsZero(const Num: TCnBigNumber): Boolean; {$IFDEF SUPPORT_INLINE} inline; {$ENDIF}
{* 返回一个大数对象里的大数是否为 0 }
function BigNumberSetZero(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 将一个大数对象里的大数设置为 0 }
function BigNumberIsOne(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 返回一个大数对象里的大数是否为 1 }
function BigNumberSetOne(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 将一个大数对象里的大数设置为 1 }
function BigNumberIsOdd(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 返回一个大数对象里的大数是否为奇数 }
function BigNumberGetBitsCount(const Num: TCnBigNumber): Integer;
{* 返回一个大数对象里的大数有多少个有效 bit }
function BigNumberGetBytesCount(const Num: TCnBigNumber): Integer;
{* 返回一个大数对象里的大数有多少个有效 bytes }
function BigNumberGetWord(const Num: TCnBigNumber): DWORD;
{* 取一个大数对象的首值 }
function BigNumberSetWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
{* 给一个大数对象赋首值 }
function BigNumberIsWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
{* 某大数是否等于指定 DWORD}
function BigNumberAddWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
{* 大数加上一个 DWORD,结果仍放 Num 中,返回相加是否成功}
function BigNumberSubWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
{* 大数减去一个 DWORD,结果仍放 Num 中,返回相减是否成功}
function BigNumberMulWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
{* 大数乘以一个 DWORD,结果仍放 Num 中,返回相乘是否成功}
function BigNumberModWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): DWORD;
{* 大数对一个 DWORD 求余,返回余数}
function BigNumberDivWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): DWORD;
{* 大数除以一个 DWORD,商重新放在 Num 中,返回余数}
procedure BigNumberSetNegative(const Num: TCnBigNumber; Negative: Boolean);
{* 给一个大数对象设置是否负值 }
function BigNumberIsNegative(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 返回一个大数对象是否负值 }
function BigNumberClearBit(const Num: TCnBigNumber; N: Integer): Boolean;
{* 给一个大数对象的第 N 个 Bit 置 0,返回成功与否。N 为 0 时代表二进制最低位。}
function BigNumberSetBit(const Num: TCnBigNumber; N: Integer): Boolean;
{* 给一个大数对象的第 N 个 Bit 置 1,返回成功与否。N 为 0 时代表二进制最低位。}
function BigNumberIsBitSet(const Num: TCnBigNumber; N: Integer): Boolean;
{* 返回一个大数对象的第 N 个 Bit 是否为 1。N 为 0 时代表二进制最低位。}
function BigNumberWordExpand(const Num: TCnBigNumber; Words: Integer): TCnBigNumber;
{* 将一个大数对象扩展成支持 Words 个 DWORD,成功返回扩展的大数对象地址,失败返回 nil}
function BigNumberToBinary(const Num: TCnBigNumber; Buf: PAnsiChar): Integer;
{* 将一个大数转换成二进制数据放入 Buf 中,Buf 的长度必须大于等于其 BytesCount,
返回 Buf 写入的长度,注意不处理正负号}
function BigNumberFromBinary(Buf: PAnsiChar; Len: Integer): TCnBigNumber;
{* 将一个二进制块转换成大数对象,注意不处理正负号。其结果不用时必须用 BigNumberFree 释放}
function BigNumberSetBinary(Buf: PAnsiChar; Len: Integer;
const Res: TCnBigNumber): Boolean;
{* 将一个二进制块赋值给指定大数对象,注意不处理正负号}
function BigNumberToString(const Num: TCnBigNumber): string;
{* 将一个大数对象转成字符串,负以 - 表示}
function BigNumberToHex(const Num: TCnBigNumber): string;
{* 将一个大数对象转成十六进制字符串,负以 - 表示}
function BigNumberSetHex(const Buf: AnsiString; const Res: TCnBigNumber): Boolean;
{* 将一串十六进制字符串赋值给指定大数对象,负以 - 表示}
function BigNumberFromHex(const Buf: AnsiString): TCnBigNumber;
{* 将一串十六进制字符串转换为大数对象,负以 - 表示。其结果不用时必须用 BigNumberFree 释放}
function BigNumberToDec(const Num: TCnBigNumber): AnsiString;
{* 将一个大数对象转成十进制字符串,负以 - 表示}
function BigNumberSetDec(const Buf: AnsiString; const Res: TCnBigNumber): Boolean;
{* 将一串十进制字符串赋值给指定大数对象,负以 - 表示}
function BigNumberFromDec(const Buf: AnsiString): TCnBigNumber;
{* 将一串十进制字符串转换为大数对象,负以 - 表示。其结果不用时必须用 BigNumberFree 释放}
function BigNumberCompare(const Num1: TCnBigNumber; const Num2: TCnBigNumber): Integer;
{* 带符号比较两个大数对象,前者大于等于小于后者分别返回 1、0、-1 }
function BigNumberUnsignedCompare(const Num1: TCnBigNumber; const Num2: TCnBigNumber): Integer;
{* 无符号比较两个大数对象,前者大于等于小于后者分别返回 1、0、-1 }
function BigNumberDuplicate(const Num: TCnBigNumber): TCnBigNumber;
{* 创建并复制一个大数对象,返回此新大数对象,需要用 BigNumberFree 来释放}
function BigNumberCopy(const Dst: TCnBigNumber; const Src: TCnBigNumber): TCnBigNumber;
{* 复制一个大数对象,成功返回 Dst}
procedure BigNumberSwap(const Num1: TCnBigNumber; const Num2: TCnBigNumber);
{* 交换两个大数对象的内容}
function BigNumberRandBytes(const Num: TCnBigNumber; BytesCount: Integer): Boolean;
{* 产生固定字节长度的随机大数}
function BigNumberRandBits(const Num: TCnBigNumber; BitsCount: Integer): Boolean;
{* 产生固定位长度的随机大数}
function BigNumberRandRange(const Num: TCnBigNumber; const Range: TCnBigNumber): Boolean;
{* 产生 [0, Range) 之间的随机大数}
function BigNumberUnsignedAdd(const Res: TCnBigNumber; const Num1: TCnBigNumber;
const Num2: TCnBigNumber): Boolean;
{* 两个大数对象无符号相加,结果放至 Res 中,返回相加是否成功}
function BigNumberUnsignedSub(const Res: TCnBigNumber; const Num1: TCnBigNumber;
const Num2: TCnBigNumber): Boolean;
{* 两个大数对象无符号相减,Num1 减 Num2,结果放至 Res 中,
返回相减是否成功,如 Num1 < Num2 则失败}
function BigNumberAdd(const Res: TCnBigNumber; const Num1: TCnBigNumber;
const Num2: TCnBigNumber): Boolean;
{* 两个大数对象带符号相加,结果放至 Res 中,返回相加是否成功}
function BigNumberSub(const Res: TCnBigNumber; const Num1: TCnBigNumber;
const Num2: TCnBigNumber): Boolean;
{* 两个大数对象带符号相减,结果放至 Res 中,返回相减是否成功}
function BigNumberShiftLeftOne(const Res: TCnBigNumber; const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 将一大数对象左移一位,结果放至 Res 中,返回左移是否成功}
function BigNumberShiftRightOne(const Res: TCnBigNumber; const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 将一大数对象右移一位,结果放至 Res 中,返回右移是否成功}
function BigNumberShiftLeft(const Res: TCnBigNumber; const Num: TCnBigNumber;
N: Integer): Boolean;
{* 将一大数对象左移 N 位,结果放至 Res 中,返回左移是否成功}
function BigNumberShiftRight(const Res: TCnBigNumber; const Num: TCnBigNumber;
N: Integer): Boolean;
{* 将一大数对象右移 N 位,结果放至 Res 中,返回右移是否成功}
function BigNumberSqr(const Res: TCnBigNumber; const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 计算一大数对象的平方,结果放 Res 中,返回平方计算是否成功}
function BigNumberMul(const Res: TCnBigNumber; Num1: TCnBigNumber;
Num2: TCnBigNumber): Boolean;
{* 计算两大数对象的乘积,结果放 Res 中,返回乘积计算是否成功}
function BigNumberDiv(const Res: TCnBigNumber; const Remain: TCnBigNumber;
const Num: TCnBigNumber; const Divisor: TCnBigNumber): Boolean;
{* 两大数对象相除,Num / Divisor,商放 Res 中,余数放 Remain 中,返回除法计算是否成功}
function BigNumberMod(const Remain: TCnBigNumber;
const Num: TCnBigNumber; const Divisor: TCnBigNumber): Boolean;
{* 两大数对象求余,Num mod Divisor,余数放 Remain 中,返回求余计算是否成功,Remain 可以是 Num}
function BigNumberNonNegativeMod(const Remain: TCnBigNumber;
const Num: TCnBigNumber; const Divisor: TCnBigNumber): Boolean;
{* 两大数对象非负求余,Num mod Divisor,余数放 Remain 中,0 <= Remain < |Divisor|
Remain 始终大于零,返回求余计算是否成功}
function BigNumberExp(const Res: TCnBigNumber; const Num: TCnBigNumber;
Exponent: TCnBigNumber): Boolean;
{* 求大数 Num 的 Exponent 次方,返回乘方计算是否成功,极其耗时}
function BigNumberGcd(const Res: TCnBigNumber; Num1: TCnBigNumber;
Num2: TCnBigNumber): Boolean;
{* 求俩大数 Num1 与 Num2 的最大公约数}
function BigNumberUnsignedMulMod(const Res: TCnBigNumber; const A, B, C: TCnBigNumber): Boolean;
{* 快速计算 (A * B) mod C,返回计算是否成功,Res 不能是 C。A、B、C 保持不变(如果 Res 不是 A、B 的话)
注意: 三个参数均会忽略负值,也就是均用正值参与计算}
function BigNumberMulMod(const Res: TCnBigNumber; const A, B, C: TCnBigNumber): Boolean;
{* 快速计算 (A * B) mod C,返回计算是否成功,Res 不能是 C。A、B、C 保持不变(如果 Res 不是 A、B 的话)
注意: A、B 允许是负值,乘积为负时,结果为 C - 乘积为正的余}
function BigNumberMontgomeryPowerMod(const Res: TCnBigNumber; A, B, C: TCnBigNumber): Boolean;
{* 蒙哥马利法快速计算 (A ^ B) mod C,,返回计算是否成功,Res 不能是 A、B、C 之一}
function BigNumberIsProbablyPrime(const Num: TCnBigNumber; TestCount: Integer = BN_MILLER_RABIN_DEF_COUNT): Boolean;
{* 概率性判断一个大数是否素数,TestCount 指 Miller-Rabin 算法的测试次数,越大越精确也越慢}
function BigNumberGeneratePrime(const Num: TCnBigNumber; BytesCount: Integer;
TestCount: Integer = BN_MILLER_RABIN_DEF_COUNT): Boolean;
{* 生成一个指定字节位数的大素数,TestCount 指 Miller-Rabin 算法的测试次数,越大越精确也越慢}
function BigNumberGeneratePrimeByBitsCount(const Num: TCnBigNumber; BitsCount: Integer;
TestCount: Integer = BN_MILLER_RABIN_DEF_COUNT): Boolean;
{* 生成一个指定二进制位数的大素数,TestCount 指 Miller-Rabin 算法的测试次数,越大越精确也越慢}
function BigNumberCheckPrimitiveRoot(R, Prime: TCnBigNumber; Factors: TCnBigNumberList): Boolean;
{* 原根判断辅助函数。判断 R 是否对于 Prime - 1 的每个因子,都有 R ^ (剩余因子的积) mod Prime <> 1
Factors 必须是 Prime - 1 的不重复的质因数列表,可从 BigNumberFindFactors 获取并去重而来}
function BigNumberIsInt32(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 大数是否是一个 32 位有符号整型范围内的数}
function BigNumberIsUInt32(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 大数是否是一个 32 位无符号整型范围内的数}
function BigNumberIsInt64(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 大数是否是一个 64 位有符号整型范围内的数}
function BigNumberIsUInt64(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
{* 大数是否是一个 64 位无符号整型范围内的数}
procedure BigNumberExtendedEuclideanGcd(A, B: TCnBigNumber; X: TCnBigNumber;
Y: TCnBigNumber);
{* 扩展欧几里得辗转相除法求二元一次不定方程 A * X + B * Y = 1 的整数解
A, B 是已知大数,X, Y 是解出来的结果,注意 X 有可能小于 0,如需要正数,可以再加上 B}
procedure BigNumberExtendedEuclideanGcd2(A, B: TCnBigNumber; X: TCnBigNumber;
Y: TCnBigNumber);
{* 扩展欧几里得辗转相除法求二元一次不定方程 A * X - B * Y = 1 的整数解
A, B 是已知大数,X, Y 是解出来的结果,注意 X 有可能小于 0,如需要正数,可以再加上 B
X 被称为 A 针对 B 的模反元素,因此本算法也用来算 A 针对 B 的模反元素
(由于可以视作 -Y,所以本方法与上一方法是等同的 )}
procedure BigNumberModularInverse(const Res: TCnBigNumber; X, Modulus: TCnBigNumber);
{* 求 X 针对 Modulus 的模反或叫模逆元 Y,满足 (X * Y) mod M = 1,X 可为负值,Y 求出正值。
调用者须自行保证 X、Modulus 互质}
function BigNumberLegendre(A, P: TCnBigNumber): Integer;
{* 用二次互反律递归计算勒让德符号 ( A / P) 的值,较快}
function BigNumberLegendre2(A, P: TCnBigNumber): Integer;
{* 用欧拉判别法计算勒让德符号 ( A / P) 的值,较慢}
function BigNumberTonelliShanks(const Res: TCnBigNumber; A, P: TCnBigNumber): Boolean;
{* 使用 Tonelli Shanks 算法进行模素数二次剩余求解,也就是求 Res^2 mod P = A,返回是否有解
调用者需自行保证 P 为奇素数或奇素数的整数次方}
procedure BigNumberFindFactors(Num: TCnBigNumber; Factors: TCnBigNumberList);
{* 找出大数的质因数列表}
function BigNumberLucasSequenceMod(X, Y, K, N: TCnBigNumber; Q, V: TCnBigNumber): Boolean;
{* 计算 IEEE P1363 的规范中说明的 Lucas 序列,调用者需自行保证 N 为奇素数
Lucas 序列递归定义为:V0 = 2, V1 = X, and Vk = X * Vk-1 - Y * Vk-2 for k >= 2
V 返回 Vk mod N,Q 返回 Y ^ (K div 2) mod N }
function BigNumberDebugDump(const Num: TCnBigNumber): string;
{* 打印大数内部信息}
function RandBytes(Buf: PAnsiChar; Len: Integer): Boolean;
{* 使用 Windows API 实现区块随机填充}
var
CnBigNumberOne: TCnBigNumber = nil; // 表示 1 的常量
CnBigNumberZero: TCnBigNumber = nil; // 表示 0 的常量
implementation
uses
CnPrimeNumber;
const
Hex: string = '0123456789ABCDEF';
ADVAPI32 = 'advapi32.dll';
CRYPT_VERIFYCONTEXT = $F0000000;
CRYPT_NEWKEYSET = $8;
CRYPT_DELETEKEYSET = $10;
PROV_RSA_FULL = 1;
NTE_BAD_KEYSET = $80090016;
BN_CTX_POOL_SIZE = 16;
BN_CTX_START_FRAMES = 32;
BN_DEC_CONV = 1000000000;
BN_DEC_FMT = '%u';
BN_DEC_FMT2 = '%.9u';
var
FLocalBigNumberPool: TObjectList = nil;
function CryptAcquireContext(phProv: PULONG; pszContainer: PAnsiChar;
pszProvider: PAnsiChar; dwProvType: DWORD; dwFlags: DWORD): BOOL;
stdcall; external ADVAPI32 name 'CryptAcquireContextA';
function CryptReleaseContext(hProv: ULONG; dwFlags: DWORD): BOOL;
stdcall; external ADVAPI32 name 'CryptReleaseContext';
function CryptGenRandom(hProv: ULONG; dwLen: DWORD; pbBuffer: PAnsiChar): BOOL;
stdcall; external ADVAPI32 name 'CryptGenRandom';
{* 大数池操作方法开始}
function ObtainBigNumberFromPool: TCnBigNumber;
begin
if FLocalBigNumberPool.Count = 0 then
begin
Result := TCnBigNumber.Create;
{$IFDEF DEBUG}
Result.FIsFromPool := True;
{$ENDIF}
end
else
begin
Result := TCnBigNumber(FLocalBigNumberPool.Items[FLocalBigNumberPool.Count - 1]);
FLocalBigNumberPool.Delete(FLocalBigNumberPool.Count - 1);
Result.Clear;
end;
end;
procedure RecycleBigNumberToPool(Num: TCnBigNumber);
begin
if Num <> nil then
FLocalBigNumberPool.Add(Num);
end;
{* 大数池操作方法结束}
procedure BigNumberSetFlag(const Num: TCnBigNumber; N: Integer); {$IFDEF SUPPORT_INLINE} inline; {$ENDIF}
begin
Num.Flags := Num.Flags or N;
end;
function BigNumberGetFlag(const Num: TCnBigNumber; N: Integer): Integer; {$IFDEF SUPPORT_INLINE} inline; {$ENDIF}
begin
Result := Num.Flags and N;
end;
function BigNumberNew: TCnBigNumber;
begin
Result := TCnBigNumber.Create;
end;
procedure BigNumberInit(const Num: TCnBigNumber);
begin
// FillChar(Num, SizeOf(TCnBigNumber), 0);
if Num = nil then
Exit;
Num.Flags := 0;
Num.Top := 0;
Num.Neg := 0;
Num.DMax := 0;
Num.D := nil;
end;
procedure BigNumberFree(const Num: TCnBigNumber);
begin
Num.Free;
end;
function BigNumberIsZero(const Num: TCnBigNumber): Boolean; {$IFDEF SUPPORT_INLINE} inline; {$ENDIF}
begin
Result := (Num.Top = 0);
end;
function BigNumberSetZero(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
begin
Result := BigNumberSetWord(Num, 0);
end;
// 返回一个大数结构里的大数的绝对值是否为指定的 DWORD 值
function BigNumberAbsIsWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
begin
Result := True;
if (W = 0) and (Num.Top = 0) then
Exit;
if (Num.Top = 1) and (PDWordArray(Num.D)^[0] = W) then
Exit;
Result := False;
end;
function BigNumberIsOne(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
begin
Result := (Num.Neg = 0) and BigNumberAbsIsWord(Num, 1);
end;
function BigNumberSetOne(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
begin
Result := BigNumberSetWord(Num, 1);
end;
function BigNumberIsOdd(const Num: TCnBigNumber): Boolean; {$IFDEF SUPPORT_INLINE} inline; {$ENDIF}
begin
if (Num.Top > 0) and ((PDWordArray(Num.D)^[0] and 1) <> 0) then
Result := True
else
Result := False;
end;
function BigNumberGetWordBitsCount(L: DWORD): Integer;
const
Bits: array[0..255] of Byte = (
0, 1, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4,
5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5,
6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6,
6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6, 6,
7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7,
7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7,
7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7,
7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8,
8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8, 8
);
begin
if (L and $FFFF0000) <> 0 then
begin
if (L and $FF000000) <> 0 then
Result := Bits[L shr 24] + 24
else
Result := Bits[L shr 16] + 16;
end
else
begin
if (L and $FF00) <> 0 then
Result := Bits[L shr 8] + 8
else
Result := Bits[L];
end;
end;
function BigNumberGetBitsCount(const Num: TCnBigNumber): Integer;
var
I: Integer;
begin
Result := 0;
if BigNumberIsZero(Num) then
Exit;
I := Num.Top - 1;
Result := ((I * BN_BITS2) + BigNumberGetWordBitsCount(PDWordArray(Num.D)^[I]));
end;
function BigNumberGetBytesCount(const Num: TCnBigNumber): Integer;
begin
Result := (BigNumberGetBitsCount(Num) + 7) div 8;
end;
function BigNumberExpandInternal(const Num: TCnBigNumber; Words: Integer): PDWORD;
var
A, B, TmpA: PDWORD;
I: Integer;
A0, A1, A2, A3: DWORD;
begin
Result := nil;
if Words > (MaxInt div (4 * BN_BITS2)) then
Exit;
if BigNumberGetFlag(Num, BN_FLG_STATIC_DATA) <> 0 then
Exit;
A := PDWORD(GetMemory(SizeOf(MAXDWORD) * Words));
if A = nil then
Exit;
ZeroMemory(A, SizeOf(MAXDWORD) * Words);
// 查查是否要复制之前的值
B := Num.D;
if B <> nil then
begin
TmpA := A;
I := Num.Top shr 2;
while I > 0 do
begin
A0 := PDWordArray(B)^[0];
A1 := PDWordArray(B)^[1];
A2 := PDWordArray(B)^[2];
A3 := PDWordArray(B)^[3];
PDWordArray(TmpA)^[0] := A0;
PDWordArray(TmpA)^[1] := A1;
PDWordArray(TmpA)^[2] := A2;
PDWordArray(TmpA)^[3] := A3;
Dec(I);
TmpA := PDWORD(Integer(TmpA) + 4 * SizeOf(DWORD));
B := PDWORD(Integer(B) + 4 * SizeOf(DWORD));
end;
case Num.Top and 3 of
3:
begin
PDWordArray(TmpA)^[2] := PDWordArray(B)^[2];
PDWordArray(TmpA)^[1] := PDWordArray(B)^[1];
PDWordArray(TmpA)^[0] := PDWordArray(B)^[0];
end;
2:
begin
PDWordArray(TmpA)^[1] := PDWordArray(B)^[1];
PDWordArray(TmpA)^[0] := PDWordArray(B)^[0];
end;
1:
begin
PDWordArray(TmpA)^[0] := PDWordArray(B)^[0];
end;
0:
begin
;
end;
end;
end;
Result := A;
end;
function BigNumberExpand2(const Num: TCnBigNumber; Words: Integer): TCnBigNumber;
var
P: PDWORD;
begin
Result := nil;
if Words > Num.DMax then
begin
P := BigNumberExpandInternal(Num, Words);
if P = nil then
Exit;
if Num.D <> nil then
FreeMemory(Num.D);
Num.D := P;
Num.DMax := Words;
Result := Num;
end;
end;
function BigNumberWordExpand(const Num: TCnBigNumber; Words: Integer): TCnBigNumber;
begin
if Words <= Num.DMax then
Result := Num
else
Result := BigNumberExpand2(Num, Words);
end;
function BigNumberExpandBits(const Num: TCnBigNumber; Bits: Integer): TCnBigNumber;
begin
if ((Bits + BN_BITS2 - 1) div BN_BITS2) <= Num.DMax then
Result := Num
else
Result := BigNumberExpand2(Num, (Bits + BN_BITS2 - 1) div BN_BITS2);
end;
procedure BigNumberClear(const Num: TCnBigNumber);
begin
if Num = nil then
Exit;
if Num.D <> nil then
ZeroMemory(Num.D, Num.DMax * SizeOf(DWORD));
Num.Top := 0;
Num.Neg := 0;
end;
function BigNumberSetWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
begin
Result := False;
if BigNumberExpandBits(Num, SizeOf(DWORD) * 8) = nil then
Exit;
Num.Neg := 0;
PDWordArray(Num.D)^[0] := W;
if W <> 0 then
Num.Top := 1
else
Num.Top := 0;
Result := True;
end;
function BigNumberGetWord(const Num: TCnBigNumber): DWORD;
begin
if Num.Top > 1 then
Result := BN_MASK2
else if Num.Top = 1 then
Result := PDWordArray(Num.D)^[0]
else
Result := 0;
end;
// 某大数是否等于指定 DWORD
function BigNumberIsWord(const Num: TCnBigNumber; W: DWORD): Boolean;
begin
Result := False;
if (W = 0) or (Num.Neg = 0) then
if BigNumberAbsIsWord(Num, W) then
Result := True;
end;
// 调整 Top 保证 D[Top - 1] 指向最高位非 0 处
procedure BigNumberCorrectTop(const Num: TCnBigNumber);
var
Ftl: PDWORD;
Top: Integer;
begin
Top := Num.Top;
Ftl := @(PDWordArray(Num.D)^[Top - 1]);
while Top > 0 do
begin
if Ftl^ <> 0 then
Break;
Ftl := PDWORD(Integer(Ftl) - SizeOf(DWORD));
Dec(Top);
end;
Num.Top := Top;
end;
function BigNumberToBinary(const Num: TCnBigNumber; Buf: PAnsiChar): Integer;
var
I, N: Integer;
L: DWORD;
begin
N := BigNumberGetBytesCount(Num);
I := N;
while I > 0 do
begin
Dec(I);
L := PDWordArray(Num.D)^[I div BN_BYTES];
Buf^ := AnsiChar(Chr(L shr (8 * (I mod BN_BYTES)) and $FF));
Buf := PAnsiChar(Integer(Buf) + 1);
end;
Result := N;
end;
function BigNumberFromBinary(Buf: PAnsiChar; Len: Integer): TCnBigNumber;
begin
Result := BigNumberNew;
if Result = nil then
Exit;
if not BigNumberSetBinary(Buf, Len, Result) then
begin
BigNumberFree(Result);
Result := nil;
end;
end;
function BigNumberSetBinary(Buf: PAnsiChar; Len: Integer;
const Res: TCnBigNumber): Boolean;
var
I, M, N, L: DWORD;
begin
Result := False;
L := 0;
N := Len;
if N = 0 then
begin
Res.Top := 0;
Exit;
end;
I := ((N - 1) div BN_BYTES) + 1;
M := (N - 1) mod BN_BYTES;
if BigNumberWordExpand(Res, I) = nil then
begin
BigNumberFree(Res);
Exit;
end;
Res.Top := I;
Res.Neg := 0;
while N > 0 do
begin
L := (L shl 8) or Ord(Buf^);
Buf := PAnsiChar(Integer(Buf) + 1);
if M = 0 then
begin
Dec(I);
PDWordArray(Res.D)^[I] := L;
L := 0;
M := BN_BYTES - 1;
end
else
Dec(M);
Dec(N);
end;
BigNumberCorrectTop(Res);
Result := True;
end;
procedure BigNumberSetNegative(const Num: TCnBigNumber; Negative: Boolean);
begin
if BigNumberIsZero(Num) then
Exit;
if Negative then
Num.Neg := 1
else
Num.Neg := 0;
end;
function BigNumberIsNegative(const Num: TCnBigNumber): Boolean;
begin
Result := Num.Neg <> 0;
end;
function BigNumberClearBit(const Num: TCnBigNumber; N: Integer): Boolean;
var
I, J: Integer;
begin
Result := False;
if N < 0 then
Exit;
I := N div BN_BITS2;
J := N mod BN_BITS2;
if Num.Top <= I then
Exit;
PDWordArray(Num.D)^[I] := PDWordArray(Num.D)^[I] and DWORD(not (1 shl J));
BigNumberCorrectTop(Num);
Result := True;
end;
function BigNumberSetBit(const Num: TCnBigNumber; N: Integer): Boolean;
var
I, J, K: Integer;
begin
Result := False;
if N < 0 then
Exit;
I := N div BN_BITS2;
J := N mod BN_BITS2;
if Num.Top <= I then
begin
if BigNumberWordExpand(Num, I + 1) = nil then
Exit;
for K := Num.Top to I do
PDWordArray(Num.D)^[K] := 0;
Num.Top := I + 1;
end;
PDWordArray(Num.D)^[I] := PDWordArray(Num.D)^[I] or DWORD(1 shl J);
Result := True;
end;
function BigNumberIsBitSet(const Num: TCnBigNumber; N: Integer): Boolean;
var
I, J: Integer;
begin
Result := False;
if N < 0 then
Exit;
I := N div BN_BITS2;
J := N mod BN_BITS2;
if Num.Top <= I then
Exit;