Add Pollard-Brent accelerator for CPU by-divisor scans
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615970dff1
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@@ -14,6 +14,8 @@ public sealed class MersenneNumberDivisorByDivisorCpuTester : IMersenneNumberDiv
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private ulong _lastStatusDivisor;
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private bool _isConfigured;
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||||
private int _batchSize = 1_024;
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private const int PollardBrentMaxRestarts = 4;
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private const int PollardBrentIterationBudget = 262_144;
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public int BatchSize
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@@ -174,6 +176,31 @@ public sealed class MersenneNumberDivisorByDivisorCpuTester : IMersenneNumberDiv
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return false;
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}
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ulong pollardIterationCount = 0UL;
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if (prime > 3UL)
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{
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var pollardBrent = new MersennePollardBrent(prime, _batchSize);
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if (pollardBrent.IsSupported)
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{
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bool pollardFound = pollardBrent.TryFindFactor(
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allowedMax,
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PollardBrentMaxRestarts,
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PollardBrentIterationBudget,
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out ulong pollardFactor,
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out pollardIterationCount);
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if (pollardFound)
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{
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processedCount = pollardIterationCount;
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lastProcessed = pollardFactor;
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processedAll = true;
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return true;
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}
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}
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}
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processedCount = pollardIterationCount;
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UInt128 step = (UInt128)prime << 1;
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if (step == UInt128.Zero)
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{
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@@ -0,0 +1,288 @@
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using System;
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using System.Buffers;
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using System.Numerics;
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using System.Security.Cryptography;
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namespace PerfectNumbers.Core.Cpu;
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||||
internal sealed class MersennePollardBrent
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||||
{
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private readonly int _bitLength;
|
||||
private readonly int _byteLength;
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||||
private readonly int _bitRemainder;
|
||||
private readonly byte _maskByte;
|
||||
private readonly BigInteger _modulus;
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||||
private readonly BigInteger _mask;
|
||||
private readonly int _batchSize;
|
||||
private readonly bool _isSupported;
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||||
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public MersennePollardBrent(ulong exponent, int batchSize)
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{
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if (exponent < 3UL || exponent > int.MaxValue)
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{
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_isSupported = false;
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||||
_bitLength = 0;
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||||
_byteLength = 0;
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_bitRemainder = 0;
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||||
_maskByte = 0;
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||||
_modulus = BigInteger.Zero;
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_mask = BigInteger.Zero;
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_batchSize = 0;
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return;
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}
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_isSupported = true;
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_bitLength = (int)exponent;
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_byteLength = (_bitLength + 7) / 8;
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_bitRemainder = _bitLength & 7;
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||||
_maskByte = _bitRemainder == 0 ? (byte)0xFF : (byte)((1 << _bitRemainder) - 1);
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||||
_modulus = (BigInteger.One << _bitLength) - BigInteger.One;
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_mask = _modulus;
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||||
_batchSize = Math.Clamp(batchSize, 8, 1024);
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||||
}
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public bool IsSupported => _isSupported;
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public bool TryFindFactor(
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ulong allowedMax,
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int maxRestarts,
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||||
int maxIterationsPerRestart,
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out ulong factor,
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out ulong iterationCount)
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{
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factor = 0UL;
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iterationCount = 0UL;
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if (!_isSupported)
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{
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||||
return false;
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}
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if (allowedMax <= 1UL)
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||||
{
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||||
return false;
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}
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int restarts = Math.Max(1, maxRestarts);
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int iterationBudget = Math.Max(_batchSize, maxIterationsPerRestart);
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||||
for (int restart = 0; restart < restarts; restart++)
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||||
{
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BigInteger x = NextRandomSeed();
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||||
BigInteger y = x;
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BigInteger c = NextRandomConstant();
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BigInteger q = BigInteger.One;
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BigInteger g = BigInteger.One;
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BigInteger ys = BigInteger.Zero;
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int r = 1;
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ulong localIterations = 0UL;
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||||
while (g.IsOne && localIterations < (ulong)iterationBudget)
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{
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||||
x = y;
|
||||
for (int i = 0; i < r && localIterations < (ulong)iterationBudget; i++)
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||||
{
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||||
y = Iterate(y, c, ref localIterations);
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||||
}
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if (localIterations >= (ulong)iterationBudget)
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{
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break;
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}
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int k = 0;
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||||
while (k < r && g.IsOne && localIterations < (ulong)iterationBudget)
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||||
{
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ys = y;
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||||
int t = Math.Min(_batchSize, r - k);
|
||||
for (int i = 0; i < t; i++)
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||||
{
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||||
y = Iterate(y, c, ref localIterations);
|
||||
BigInteger diff = AbsSub(y, x);
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||||
if (diff.IsZero)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
q = MulMod(q, diff);
|
||||
}
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||||
|
||||
g = BigInteger.GreatestCommonDivisor(q, _modulus);
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k += t;
|
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}
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r <<= 1;
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||||
}
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||||
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||||
if (g == _modulus)
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||||
{
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
ys = Iterate(ys, c, ref localIterations);
|
||||
BigInteger diff = AbsSub(ys, x);
|
||||
if (diff.IsZero)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
g = BigInteger.GreatestCommonDivisor(diff, _modulus);
|
||||
}
|
||||
while (g.IsOne);
|
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}
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iterationCount += localIterations;
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||||
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||||
if (g.IsOne || g == _modulus)
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||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
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if (g <= ulong.MaxValue)
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{
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ulong candidate = (ulong)g;
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if (candidate > 1UL && candidate <= allowedMax)
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||||
{
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factor = candidate;
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return true;
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}
|
||||
}
|
||||
}
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||||
|
||||
return false;
|
||||
}
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private BigInteger Iterate(BigInteger value, BigInteger c, ref ulong iterationCounter)
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{
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iterationCounter++;
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value = SquareMod(value);
|
||||
value = AddMod(value, c);
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return value;
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}
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private BigInteger AddMod(BigInteger a, BigInteger b)
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||||
{
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return Reduce(a + b);
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}
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||||
private BigInteger SquareMod(BigInteger value)
|
||||
{
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||||
return Reduce(value * value);
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}
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||||
private BigInteger MulMod(BigInteger a, BigInteger b)
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{
|
||||
if (b == _modulus)
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||||
{
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||||
return a;
|
||||
}
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||||
|
||||
if (a == _modulus)
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{
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||||
a = BigInteger.Zero;
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}
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||||
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||||
return Reduce(a * b);
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}
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private BigInteger Reduce(BigInteger value)
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{
|
||||
if (value.Sign < 0)
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{
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value %= _modulus;
|
||||
if (value.Sign < 0)
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||||
{
|
||||
value += _modulus;
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}
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return value;
|
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}
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while (true)
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{
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||||
BigInteger high = value >> _bitLength;
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if (high.IsZero)
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{
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break;
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}
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||||
|
||||
value &= _mask;
|
||||
value += high;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (value >= _modulus)
|
||||
{
|
||||
value -= _modulus;
|
||||
if (value >= _modulus)
|
||||
{
|
||||
value %= _modulus;
|
||||
if (value.Sign < 0)
|
||||
{
|
||||
value += _modulus;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger NextRandomSeed()
|
||||
{
|
||||
BigInteger value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulus();
|
||||
}
|
||||
while (value <= BigInteger.One);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger NextRandomConstant()
|
||||
{
|
||||
BigInteger value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulus();
|
||||
}
|
||||
while (value.IsZero);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger NextRandomBelowModulus()
|
||||
{
|
||||
if (_byteLength == 0)
|
||||
{
|
||||
return BigInteger.Zero;
|
||||
}
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||||
|
||||
byte[] buffer = ArrayPool<byte>.Shared.Rent(_byteLength);
|
||||
try
|
||||
{
|
||||
BigInteger value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
RandomNumberGenerator.Fill(buffer.AsSpan(0, _byteLength));
|
||||
if (_bitRemainder != 0)
|
||||
{
|
||||
buffer[_byteLength - 1] &= _maskByte;
|
||||
}
|
||||
|
||||
value = new BigInteger(buffer, isUnsigned: true, isBigEndian: false);
|
||||
}
|
||||
while (value >= _modulus);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
finally
|
||||
{
|
||||
ArrayPool<byte>.Shared.Return(buffer, clearArray: true);
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static BigInteger AbsSub(BigInteger a, BigInteger b)
|
||||
{
|
||||
BigInteger diff = a - b;
|
||||
return diff.Sign < 0 ? -diff : diff;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
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