| /** | 
|  * Prime number generation API. | 
|  * | 
|  * @author Dave Longley | 
|  * | 
|  * Copyright (c) 2014 Digital Bazaar, Inc. | 
|  */ | 
| var forge = require('./forge'); | 
| require('./util'); | 
| require('./jsbn'); | 
| require('./random'); | 
|   | 
| (function() { | 
|   | 
| // forge.prime already defined | 
| if(forge.prime) { | 
|   module.exports = forge.prime; | 
|   return; | 
| } | 
|   | 
| /* PRIME API */ | 
| var prime = module.exports = forge.prime = forge.prime || {}; | 
|   | 
| var BigInteger = forge.jsbn.BigInteger; | 
|   | 
| // primes are 30k+i for i = 1, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29 | 
| var GCD_30_DELTA = [6, 4, 2, 4, 2, 4, 6, 2]; | 
| var THIRTY = new BigInteger(null); | 
| THIRTY.fromInt(30); | 
| var op_or = function(x, y) {return x|y;}; | 
|   | 
| /** | 
|  * Generates a random probable prime with the given number of bits. | 
|  * | 
|  * Alternative algorithms can be specified by name as a string or as an | 
|  * object with custom options like so: | 
|  * | 
|  * { | 
|  *   name: 'PRIMEINC', | 
|  *   options: { | 
|  *     maxBlockTime: <the maximum amount of time to block the main | 
|  *       thread before allowing I/O other JS to run>, | 
|  *     millerRabinTests: <the number of miller-rabin tests to run>, | 
|  *     workerScript: <the worker script URL>, | 
|  *     workers: <the number of web workers (if supported) to use, | 
|  *       -1 to use estimated cores minus one>. | 
|  *     workLoad: the size of the work load, ie: number of possible prime | 
|  *       numbers for each web worker to check per work assignment, | 
|  *       (default: 100). | 
|  *   } | 
|  * } | 
|  * | 
|  * @param bits the number of bits for the prime number. | 
|  * @param options the options to use. | 
|  *          [algorithm] the algorithm to use (default: 'PRIMEINC'). | 
|  *          [prng] a custom crypto-secure pseudo-random number generator to use, | 
|  *            that must define "getBytesSync". | 
|  * | 
|  * @return callback(err, num) called once the operation completes. | 
|  */ | 
| prime.generateProbablePrime = function(bits, options, callback) { | 
|   if(typeof options === 'function') { | 
|     callback = options; | 
|     options = {}; | 
|   } | 
|   options = options || {}; | 
|   | 
|   // default to PRIMEINC algorithm | 
|   var algorithm = options.algorithm || 'PRIMEINC'; | 
|   if(typeof algorithm === 'string') { | 
|     algorithm = {name: algorithm}; | 
|   } | 
|   algorithm.options = algorithm.options || {}; | 
|   | 
|   // create prng with api that matches BigInteger secure random | 
|   var prng = options.prng || forge.random; | 
|   var rng = { | 
|     // x is an array to fill with bytes | 
|     nextBytes: function(x) { | 
|       var b = prng.getBytesSync(x.length); | 
|       for(var i = 0; i < x.length; ++i) { | 
|         x[i] = b.charCodeAt(i); | 
|       } | 
|     } | 
|   }; | 
|   | 
|   if(algorithm.name === 'PRIMEINC') { | 
|     return primeincFindPrime(bits, rng, algorithm.options, callback); | 
|   } | 
|   | 
|   throw new Error('Invalid prime generation algorithm: ' + algorithm.name); | 
| }; | 
|   | 
| function primeincFindPrime(bits, rng, options, callback) { | 
|   if('workers' in options) { | 
|     return primeincFindPrimeWithWorkers(bits, rng, options, callback); | 
|   } | 
|   return primeincFindPrimeWithoutWorkers(bits, rng, options, callback); | 
| } | 
|   | 
| function primeincFindPrimeWithoutWorkers(bits, rng, options, callback) { | 
|   // initialize random number | 
|   var num = generateRandom(bits, rng); | 
|   | 
|   /* Note: All primes are of the form 30k+i for i < 30 and gcd(30, i)=1. The | 
|   number we are given is always aligned at 30k + 1. Each time the number is | 
|   determined not to be prime we add to get to the next 'i', eg: if the number | 
|   was at 30k + 1 we add 6. */ | 
|   var deltaIdx = 0; | 
|   | 
|   // get required number of MR tests | 
|   var mrTests = getMillerRabinTests(num.bitLength()); | 
|   if('millerRabinTests' in options) { | 
|     mrTests = options.millerRabinTests; | 
|   } | 
|   | 
|   // find prime nearest to 'num' for maxBlockTime ms | 
|   // 10 ms gives 5ms of leeway for other calculations before dropping | 
|   // below 60fps (1000/60 == 16.67), but in reality, the number will | 
|   // likely be higher due to an 'atomic' big int modPow | 
|   var maxBlockTime = 10; | 
|   if('maxBlockTime' in options) { | 
|     maxBlockTime = options.maxBlockTime; | 
|   } | 
|   | 
|   _primeinc(num, bits, rng, deltaIdx, mrTests, maxBlockTime, callback); | 
| } | 
|   | 
| function _primeinc(num, bits, rng, deltaIdx, mrTests, maxBlockTime, callback) { | 
|   var start = +new Date(); | 
|   do { | 
|     // overflow, regenerate random number | 
|     if(num.bitLength() > bits) { | 
|       num = generateRandom(bits, rng); | 
|     } | 
|     // do primality test | 
|     if(num.isProbablePrime(mrTests)) { | 
|       return callback(null, num); | 
|     } | 
|     // get next potential prime | 
|     num.dAddOffset(GCD_30_DELTA[deltaIdx++ % 8], 0); | 
|   } while(maxBlockTime < 0 || (+new Date() - start < maxBlockTime)); | 
|   | 
|   // keep trying later | 
|   forge.util.setImmediate(function() { | 
|     _primeinc(num, bits, rng, deltaIdx, mrTests, maxBlockTime, callback); | 
|   }); | 
| } | 
|   | 
| // NOTE: This algorithm is indeterminate in nature because workers | 
| // run in parallel looking at different segments of numbers. Even if this | 
| // algorithm is run twice with the same input from a predictable RNG, it | 
| // may produce different outputs. | 
| function primeincFindPrimeWithWorkers(bits, rng, options, callback) { | 
|   // web workers unavailable | 
|   if(typeof Worker === 'undefined') { | 
|     return primeincFindPrimeWithoutWorkers(bits, rng, options, callback); | 
|   } | 
|   | 
|   // initialize random number | 
|   var num = generateRandom(bits, rng); | 
|   | 
|   // use web workers to generate keys | 
|   var numWorkers = options.workers; | 
|   var workLoad = options.workLoad || 100; | 
|   var range = workLoad * 30 / 8; | 
|   var workerScript = options.workerScript || 'forge/prime.worker.js'; | 
|   if(numWorkers === -1) { | 
|     return forge.util.estimateCores(function(err, cores) { | 
|       if(err) { | 
|         // default to 2 | 
|         cores = 2; | 
|       } | 
|       numWorkers = cores - 1; | 
|       generate(); | 
|     }); | 
|   } | 
|   generate(); | 
|   | 
|   function generate() { | 
|     // require at least 1 worker | 
|     numWorkers = Math.max(1, numWorkers); | 
|   | 
|     // TODO: consider optimizing by starting workers outside getPrime() ... | 
|     // note that in order to clean up they will have to be made internally | 
|     // asynchronous which may actually be slower | 
|   | 
|     // start workers immediately | 
|     var workers = []; | 
|     for(var i = 0; i < numWorkers; ++i) { | 
|       // FIXME: fix path or use blob URLs | 
|       workers[i] = new Worker(workerScript); | 
|     } | 
|     var running = numWorkers; | 
|   | 
|     // listen for requests from workers and assign ranges to find prime | 
|     for(var i = 0; i < numWorkers; ++i) { | 
|       workers[i].addEventListener('message', workerMessage); | 
|     } | 
|   | 
|     /* Note: The distribution of random numbers is unknown. Therefore, each | 
|     web worker is continuously allocated a range of numbers to check for a | 
|     random number until one is found. | 
|   | 
|     Every 30 numbers will be checked just 8 times, because prime numbers | 
|     have the form: | 
|   | 
|     30k+i, for i < 30 and gcd(30, i)=1 (there are 8 values of i for this) | 
|   | 
|     Therefore, if we want a web worker to run N checks before asking for | 
|     a new range of numbers, each range must contain N*30/8 numbers. | 
|   | 
|     For 100 checks (workLoad), this is a range of 375. */ | 
|   | 
|     var found = false; | 
|     function workerMessage(e) { | 
|       // ignore message, prime already found | 
|       if(found) { | 
|         return; | 
|       } | 
|   | 
|       --running; | 
|       var data = e.data; | 
|       if(data.found) { | 
|         // terminate all workers | 
|         for(var i = 0; i < workers.length; ++i) { | 
|           workers[i].terminate(); | 
|         } | 
|         found = true; | 
|         return callback(null, new BigInteger(data.prime, 16)); | 
|       } | 
|   | 
|       // overflow, regenerate random number | 
|       if(num.bitLength() > bits) { | 
|         num = generateRandom(bits, rng); | 
|       } | 
|   | 
|       // assign new range to check | 
|       var hex = num.toString(16); | 
|   | 
|       // start prime search | 
|       e.target.postMessage({ | 
|         hex: hex, | 
|         workLoad: workLoad | 
|       }); | 
|   | 
|       num.dAddOffset(range, 0); | 
|     } | 
|   } | 
| } | 
|   | 
| /** | 
|  * Generates a random number using the given number of bits and RNG. | 
|  * | 
|  * @param bits the number of bits for the number. | 
|  * @param rng the random number generator to use. | 
|  * | 
|  * @return the random number. | 
|  */ | 
| function generateRandom(bits, rng) { | 
|   var num = new BigInteger(bits, rng); | 
|   // force MSB set | 
|   var bits1 = bits - 1; | 
|   if(!num.testBit(bits1)) { | 
|     num.bitwiseTo(BigInteger.ONE.shiftLeft(bits1), op_or, num); | 
|   } | 
|   // align number on 30k+1 boundary | 
|   num.dAddOffset(31 - num.mod(THIRTY).byteValue(), 0); | 
|   return num; | 
| } | 
|   | 
| /** | 
|  * Returns the required number of Miller-Rabin tests to generate a | 
|  * prime with an error probability of (1/2)^80. | 
|  * | 
|  * See Handbook of Applied Cryptography Chapter 4, Table 4.4. | 
|  * | 
|  * @param bits the bit size. | 
|  * | 
|  * @return the required number of iterations. | 
|  */ | 
| function getMillerRabinTests(bits) { | 
|   if(bits <= 100) return 27; | 
|   if(bits <= 150) return 18; | 
|   if(bits <= 200) return 15; | 
|   if(bits <= 250) return 12; | 
|   if(bits <= 300) return 9; | 
|   if(bits <= 350) return 8; | 
|   if(bits <= 400) return 7; | 
|   if(bits <= 500) return 6; | 
|   if(bits <= 600) return 5; | 
|   if(bits <= 800) return 4; | 
|   if(bits <= 1250) return 3; | 
|   return 2; | 
| } | 
|   | 
| })(); |