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main
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pollardrhoplus
| Author | SHA1 | Date | |
|---|---|---|---|
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0433924770 | ||
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80d81e9d2c | ||
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|
ace5cacff9 | ||
|
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615970dff1 |
No files matched your search
@@ -14,6 +14,8 @@ public sealed class MersenneNumberDivisorByDivisorCpuTester : IMersenneNumberDiv
|
||||
private ulong _lastStatusDivisor;
|
||||
private bool _isConfigured;
|
||||
private int _batchSize = 1_024;
|
||||
private const int PollardBrentMaxRestarts = 4;
|
||||
private const int PollardBrentIterationBudget = 262_144;
|
||||
|
||||
|
||||
public int BatchSize
|
||||
@@ -174,6 +176,31 @@ public sealed class MersenneNumberDivisorByDivisorCpuTester : IMersenneNumberDiv
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
ulong pollardIterationCount = 0UL;
|
||||
if (prime > 3UL)
|
||||
{
|
||||
var pollardBrent = new MersennePollardBrent(prime, _batchSize);
|
||||
if (pollardBrent.IsSupported)
|
||||
{
|
||||
bool pollardFound = pollardBrent.TryFindFactor(
|
||||
allowedMax,
|
||||
PollardBrentMaxRestarts,
|
||||
PollardBrentIterationBudget,
|
||||
out ulong pollardFactor,
|
||||
out pollardIterationCount);
|
||||
|
||||
if (pollardFound)
|
||||
{
|
||||
processedCount = pollardIterationCount;
|
||||
lastProcessed = pollardFactor;
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processedAll = true;
|
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return true;
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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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||||
@@ -0,0 +1,926 @@
|
||||
using System;
|
||||
using System.Buffers;
|
||||
using System.Numerics;
|
||||
using System.Security.Cryptography;
|
||||
using PerfectNumbers.Core;
|
||||
using UInt128 = System.UInt128;
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||||
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||||
namespace PerfectNumbers.Core.Cpu;
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||||
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||||
internal sealed class MersennePollardBrent
|
||||
{
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||||
private enum ArithmeticMode
|
||||
{
|
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Unsupported,
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||||
UInt64,
|
||||
UInt128,
|
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BigInteger,
|
||||
}
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||||
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||||
private readonly ArithmeticMode _mode;
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private readonly int _bitLength;
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private readonly int _byteLength;
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private readonly int _bitRemainder;
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||||
private readonly byte _maskByte;
|
||||
private readonly BigInteger _modulus;
|
||||
private readonly BigInteger _mask;
|
||||
private readonly ulong _modulus64;
|
||||
private readonly ulong _mask64;
|
||||
private readonly UInt128 _modulus128;
|
||||
private readonly UInt128 _mask128;
|
||||
private readonly int _batchSize;
|
||||
private readonly bool _isSupported;
|
||||
|
||||
public MersennePollardBrent(ulong exponent, int batchSize)
|
||||
{
|
||||
if (exponent < 3UL || exponent > int.MaxValue)
|
||||
{
|
||||
_mode = ArithmeticMode.Unsupported;
|
||||
_isSupported = false;
|
||||
_bitLength = 0;
|
||||
_byteLength = 0;
|
||||
_bitRemainder = 0;
|
||||
_maskByte = 0;
|
||||
_modulus = BigInteger.Zero;
|
||||
_mask = BigInteger.Zero;
|
||||
_modulus64 = 0UL;
|
||||
_mask64 = 0UL;
|
||||
_modulus128 = UInt128.Zero;
|
||||
_mask128 = UInt128.Zero;
|
||||
_batchSize = 0;
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
_isSupported = true;
|
||||
_bitLength = (int)exponent;
|
||||
_byteLength = (_bitLength + 7) / 8;
|
||||
_bitRemainder = _bitLength & 7;
|
||||
_maskByte = _bitRemainder == 0 ? (byte)0xFF : (byte)((1 << _bitRemainder) - 1);
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||||
_batchSize = Math.Clamp(batchSize, 8, 1024);
|
||||
|
||||
if (_bitLength <= 64)
|
||||
{
|
||||
_mode = ArithmeticMode.UInt64;
|
||||
if (_bitLength == 64)
|
||||
{
|
||||
_modulus64 = ulong.MaxValue;
|
||||
_mask64 = ulong.MaxValue;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
_modulus64 = (1UL << _bitLength) - 1UL;
|
||||
_mask64 = _modulus64;
|
||||
}
|
||||
|
||||
_modulus128 = UInt128.Zero;
|
||||
_mask128 = UInt128.Zero;
|
||||
_modulus = BigInteger.Zero;
|
||||
_mask = BigInteger.Zero;
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (_bitLength <= 128)
|
||||
{
|
||||
_mode = ArithmeticMode.UInt128;
|
||||
if (_bitLength == 128)
|
||||
{
|
||||
_modulus128 = UInt128.MaxValue;
|
||||
_mask128 = UInt128.MaxValue;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
_modulus128 = (UInt128.One << _bitLength) - UInt128.One;
|
||||
_mask128 = _modulus128;
|
||||
}
|
||||
|
||||
_modulus64 = 0UL;
|
||||
_mask64 = 0UL;
|
||||
_modulus = BigInteger.Zero;
|
||||
_mask = BigInteger.Zero;
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
_mode = ArithmeticMode.BigInteger;
|
||||
_modulus = (BigInteger.One << _bitLength) - BigInteger.One;
|
||||
_mask = _modulus;
|
||||
_modulus64 = 0UL;
|
||||
_mask64 = 0UL;
|
||||
_modulus128 = UInt128.Zero;
|
||||
_mask128 = UInt128.Zero;
|
||||
}
|
||||
|
||||
public bool IsSupported => _isSupported;
|
||||
|
||||
public bool TryFindFactor(
|
||||
ulong allowedMax,
|
||||
int maxRestarts,
|
||||
int maxIterationsPerRestart,
|
||||
out ulong factor,
|
||||
out ulong iterationCount)
|
||||
{
|
||||
factor = 0UL;
|
||||
iterationCount = 0UL;
|
||||
|
||||
if (!_isSupported)
|
||||
{
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (allowedMax <= 1UL)
|
||||
{
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return _mode switch
|
||||
{
|
||||
ArithmeticMode.UInt64 => TryFindFactorUInt64(allowedMax, maxRestarts, maxIterationsPerRestart, out factor, out iterationCount),
|
||||
ArithmeticMode.UInt128 => TryFindFactorUInt128(allowedMax, maxRestarts, maxIterationsPerRestart, out factor, out iterationCount),
|
||||
ArithmeticMode.BigInteger => TryFindFactorBigInteger(allowedMax, maxRestarts, maxIterationsPerRestart, out factor, out iterationCount),
|
||||
_ => false,
|
||||
};
|
||||
}
|
||||
|
||||
private bool TryFindFactorUInt64(
|
||||
ulong allowedMax,
|
||||
int maxRestarts,
|
||||
int maxIterationsPerRestart,
|
||||
out ulong factor,
|
||||
out ulong iterationCount)
|
||||
{
|
||||
factor = 0UL;
|
||||
iterationCount = 0UL;
|
||||
|
||||
int restarts = Math.Max(1, maxRestarts);
|
||||
int iterationBudget = Math.Max(_batchSize, maxIterationsPerRestart);
|
||||
|
||||
for (int restart = 0; restart < restarts; restart++)
|
||||
{
|
||||
ulong x = NextRandomSeed64();
|
||||
ulong y = x;
|
||||
ulong c = NextRandomConstant64();
|
||||
ulong q = 1UL;
|
||||
ulong g = 1UL;
|
||||
ulong ys = 0UL;
|
||||
int r = 1;
|
||||
ulong localIterations = 0UL;
|
||||
|
||||
while (g == 1UL && localIterations < (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
x = y;
|
||||
for (int i = 0; i < r && localIterations < (ulong)iterationBudget; i++)
|
||||
{
|
||||
y = Iterate64(y, c, ref localIterations);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (localIterations >= (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
int k = 0;
|
||||
while (k < r && g == 1UL && localIterations < (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
ys = y;
|
||||
int t = Math.Min(_batchSize, r - k);
|
||||
for (int i = 0; i < t; i++)
|
||||
{
|
||||
y = Iterate64(y, c, ref localIterations);
|
||||
ulong diff = AbsSub64(y, x);
|
||||
if (diff == 0UL)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
q = MulMod64(q, diff);
|
||||
}
|
||||
|
||||
g = BinaryGcd64(q, _modulus64);
|
||||
k += t;
|
||||
}
|
||||
|
||||
r <<= 1;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (g == _modulus64)
|
||||
{
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
ys = Iterate64(ys, c, ref localIterations);
|
||||
ulong diff = AbsSub64(ys, x);
|
||||
if (diff == 0UL)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
g = BinaryGcd64(diff, _modulus64);
|
||||
}
|
||||
while (g == 1UL);
|
||||
}
|
||||
|
||||
iterationCount += localIterations;
|
||||
|
||||
if (g == 1UL || g == _modulus64)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (g > 1UL && g <= allowedMax)
|
||||
{
|
||||
factor = g;
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private bool TryFindFactorUInt128(
|
||||
ulong allowedMax,
|
||||
int maxRestarts,
|
||||
int maxIterationsPerRestart,
|
||||
out ulong factor,
|
||||
out ulong iterationCount)
|
||||
{
|
||||
factor = 0UL;
|
||||
iterationCount = 0UL;
|
||||
|
||||
int restarts = Math.Max(1, maxRestarts);
|
||||
int iterationBudget = Math.Max(_batchSize, maxIterationsPerRestart);
|
||||
UInt128 allowedMaxWide = (UInt128)allowedMax;
|
||||
|
||||
for (int restart = 0; restart < restarts; restart++)
|
||||
{
|
||||
UInt128 x = NextRandomSeed128();
|
||||
UInt128 y = x;
|
||||
UInt128 c = NextRandomConstant128();
|
||||
UInt128 q = UInt128.One;
|
||||
UInt128 g = UInt128.One;
|
||||
UInt128 ys = UInt128.Zero;
|
||||
int r = 1;
|
||||
ulong localIterations = 0UL;
|
||||
|
||||
while (g == UInt128.One && localIterations < (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
x = y;
|
||||
for (int i = 0; i < r && localIterations < (ulong)iterationBudget; i++)
|
||||
{
|
||||
y = Iterate128(y, c, ref localIterations);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (localIterations >= (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
int k = 0;
|
||||
while (k < r && g == UInt128.One && localIterations < (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
ys = y;
|
||||
int t = Math.Min(_batchSize, r - k);
|
||||
for (int i = 0; i < t; i++)
|
||||
{
|
||||
y = Iterate128(y, c, ref localIterations);
|
||||
UInt128 diff = AbsSub128(y, x);
|
||||
if (diff == UInt128.Zero)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
q = MulMod128(q, diff);
|
||||
}
|
||||
|
||||
g = q.BinaryGcd(_modulus128);
|
||||
k += t;
|
||||
}
|
||||
|
||||
r <<= 1;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (g == _modulus128)
|
||||
{
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
ys = Iterate128(ys, c, ref localIterations);
|
||||
UInt128 diff = AbsSub128(ys, x);
|
||||
if (diff == UInt128.Zero)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
g = diff.BinaryGcd(_modulus128);
|
||||
}
|
||||
while (g == UInt128.One);
|
||||
}
|
||||
|
||||
iterationCount += localIterations;
|
||||
|
||||
if (g == UInt128.One || g == _modulus128)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (g > UInt128.One && g <= allowedMaxWide)
|
||||
{
|
||||
factor = (ulong)g;
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private bool TryFindFactorBigInteger(
|
||||
ulong allowedMax,
|
||||
int maxRestarts,
|
||||
int maxIterationsPerRestart,
|
||||
out ulong factor,
|
||||
out ulong iterationCount)
|
||||
{
|
||||
factor = 0UL;
|
||||
iterationCount = 0UL;
|
||||
|
||||
int restarts = Math.Max(1, maxRestarts);
|
||||
int iterationBudget = Math.Max(_batchSize, maxIterationsPerRestart);
|
||||
|
||||
for (int restart = 0; restart < restarts; restart++)
|
||||
{
|
||||
BigInteger x = NextRandomSeedBigInteger();
|
||||
BigInteger y = x;
|
||||
BigInteger c = NextRandomConstantBigInteger();
|
||||
BigInteger q = BigInteger.One;
|
||||
BigInteger g = BigInteger.One;
|
||||
BigInteger ys = BigInteger.Zero;
|
||||
int r = 1;
|
||||
ulong localIterations = 0UL;
|
||||
|
||||
while (g.IsOne && localIterations < (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
x = y;
|
||||
for (int i = 0; i < r && localIterations < (ulong)iterationBudget; i++)
|
||||
{
|
||||
y = IterateBigInteger(y, c, ref localIterations);
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (localIterations >= (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
int k = 0;
|
||||
while (k < r && g.IsOne && localIterations < (ulong)iterationBudget)
|
||||
{
|
||||
ys = y;
|
||||
int t = Math.Min(_batchSize, r - k);
|
||||
for (int i = 0; i < t; i++)
|
||||
{
|
||||
y = IterateBigInteger(y, c, ref localIterations);
|
||||
BigInteger diff = AbsSubBigInteger(y, x);
|
||||
if (diff.IsZero)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
q = MulModBigInteger(q, diff);
|
||||
}
|
||||
|
||||
g = BigInteger.GreatestCommonDivisor(q, _modulus);
|
||||
k += t;
|
||||
}
|
||||
|
||||
r <<= 1;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (g == _modulus)
|
||||
{
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
ys = IterateBigInteger(ys, c, ref localIterations);
|
||||
BigInteger diff = AbsSubBigInteger(ys, x);
|
||||
if (diff.IsZero)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
g = BigInteger.GreatestCommonDivisor(diff, _modulus);
|
||||
}
|
||||
while (g.IsOne);
|
||||
}
|
||||
|
||||
iterationCount += localIterations;
|
||||
|
||||
if (g.IsOne || g == _modulus)
|
||||
{
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (g <= ulong.MaxValue)
|
||||
{
|
||||
ulong candidate = (ulong)g;
|
||||
if (candidate > 1UL && candidate <= allowedMax)
|
||||
{
|
||||
factor = candidate;
|
||||
return true;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong Iterate64(ulong value, ulong c, ref ulong iterationCounter)
|
||||
{
|
||||
iterationCounter++;
|
||||
value = SquareMod64(value);
|
||||
value = AddMod64(value, c);
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private UInt128 Iterate128(UInt128 value, UInt128 c, ref ulong iterationCounter)
|
||||
{
|
||||
iterationCounter++;
|
||||
value = SquareMod128(value);
|
||||
value = AddMod128(value, c);
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger IterateBigInteger(BigInteger value, BigInteger c, ref ulong iterationCounter)
|
||||
{
|
||||
iterationCounter++;
|
||||
value = SquareModBigInteger(value);
|
||||
value = AddModBigInteger(value, c);
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong AddMod64(ulong a, ulong b)
|
||||
{
|
||||
UInt128 sum = (UInt128)a + b;
|
||||
return Reduce64(sum);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private UInt128 AddMod128(UInt128 a, UInt128 b)
|
||||
{
|
||||
UInt128 sum = a + b;
|
||||
bool carryOut = sum < a;
|
||||
if (!carryOut && sum < _modulus128)
|
||||
{
|
||||
return sum;
|
||||
}
|
||||
|
||||
ulong p3 = 0UL;
|
||||
ulong p2 = carryOut ? 1UL : 0UL;
|
||||
ulong p1 = (ulong)(sum >> 64);
|
||||
ulong p0 = (ulong)sum;
|
||||
return ReduceProductBitwise(p3, p2, p1, p0, _modulus128);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger AddModBigInteger(BigInteger a, BigInteger b)
|
||||
{
|
||||
return ReduceBigInteger(a + b);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong SquareMod64(ulong value)
|
||||
{
|
||||
UInt128 square = (UInt128)value * value;
|
||||
return Reduce64(square);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private UInt128 SquareMod128(UInt128 value)
|
||||
{
|
||||
return MulMod128(value, value);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger SquareModBigInteger(BigInteger value)
|
||||
{
|
||||
return ReduceBigInteger(value * value);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong MulMod64(ulong a, ulong b)
|
||||
{
|
||||
UInt128 product = (UInt128)a * b;
|
||||
return Reduce64(product);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private UInt128 MulMod128(UInt128 a, UInt128 b)
|
||||
{
|
||||
MultiplyFull(a, b, out ulong p3, out ulong p2, out ulong p1, out ulong p0);
|
||||
return ReduceProductBitwise(p3, p2, p1, p0, _modulus128);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger MulModBigInteger(BigInteger a, BigInteger b)
|
||||
{
|
||||
if (b == _modulus)
|
||||
{
|
||||
return a;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (a == _modulus)
|
||||
{
|
||||
a = BigInteger.Zero;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return ReduceBigInteger(a * b);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong Reduce64(UInt128 value)
|
||||
{
|
||||
if (_bitLength == 64)
|
||||
{
|
||||
UInt128 combined = (UInt128)(ulong)value + (value >> 64);
|
||||
UInt128 modulus = _modulus64;
|
||||
if (combined >= modulus)
|
||||
{
|
||||
combined -= modulus;
|
||||
if (combined >= modulus)
|
||||
{
|
||||
combined -= modulus;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return (ulong)combined;
|
||||
}
|
||||
|
||||
UInt128 mask = _mask64;
|
||||
UInt128 modulusValue = _modulus64;
|
||||
UInt128 working = value;
|
||||
while (true)
|
||||
{
|
||||
UInt128 high = working >> _bitLength;
|
||||
if (high == UInt128.Zero)
|
||||
{
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
working = (working & mask) + high;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (working >= modulusValue)
|
||||
{
|
||||
working -= modulusValue;
|
||||
if (working >= modulusValue)
|
||||
{
|
||||
working %= modulusValue;
|
||||
if (working >= modulusValue)
|
||||
{
|
||||
working -= modulusValue;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return (ulong)working;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger ReduceBigInteger(BigInteger value)
|
||||
{
|
||||
if (value.Sign < 0)
|
||||
{
|
||||
value %= _modulus;
|
||||
if (value.Sign < 0)
|
||||
{
|
||||
value += _modulus;
|
||||
}
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
while (true)
|
||||
{
|
||||
BigInteger high = value >> _bitLength;
|
||||
if (high.IsZero)
|
||||
{
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
|
||||
value &= _mask;
|
||||
value += high;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (value >= _modulus)
|
||||
{
|
||||
value -= _modulus;
|
||||
if (value >= _modulus)
|
||||
{
|
||||
value %= _modulus;
|
||||
if (value.Sign < 0)
|
||||
{
|
||||
value += _modulus;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong NextRandomSeed64()
|
||||
{
|
||||
ulong value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulus64();
|
||||
}
|
||||
while (value <= 1UL);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private UInt128 NextRandomSeed128()
|
||||
{
|
||||
UInt128 value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulus128();
|
||||
}
|
||||
while (value <= UInt128.One);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger NextRandomSeedBigInteger()
|
||||
{
|
||||
BigInteger value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulusBigInteger();
|
||||
}
|
||||
while (value <= BigInteger.One);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong NextRandomConstant64()
|
||||
{
|
||||
ulong value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulus64();
|
||||
}
|
||||
while (value == 0UL);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private UInt128 NextRandomConstant128()
|
||||
{
|
||||
UInt128 value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulus128();
|
||||
}
|
||||
while (value == UInt128.Zero);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger NextRandomConstantBigInteger()
|
||||
{
|
||||
BigInteger value;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
value = NextRandomBelowModulusBigInteger();
|
||||
}
|
||||
while (value.IsZero);
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private ulong NextRandomBelowModulus64()
|
||||
{
|
||||
if (_byteLength == 0)
|
||||
{
|
||||
return 0UL;
|
||||
}
|
||||
|
||||
Span<byte> buffer = stackalloc byte[_byteLength];
|
||||
ulong candidate;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
RandomNumberGenerator.Fill(buffer);
|
||||
if (_bitRemainder != 0)
|
||||
{
|
||||
buffer[_byteLength - 1] &= _maskByte;
|
||||
}
|
||||
|
||||
candidate = (ulong)ReadUInt128LittleEndian(buffer);
|
||||
}
|
||||
while (candidate >= _modulus64);
|
||||
|
||||
return candidate;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private UInt128 NextRandomBelowModulus128()
|
||||
{
|
||||
if (_byteLength == 0)
|
||||
{
|
||||
return UInt128.Zero;
|
||||
}
|
||||
|
||||
Span<byte> buffer = stackalloc byte[_byteLength];
|
||||
UInt128 candidate;
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
RandomNumberGenerator.Fill(buffer);
|
||||
if (_bitRemainder != 0)
|
||||
{
|
||||
buffer[_byteLength - 1] &= _maskByte;
|
||||
}
|
||||
|
||||
candidate = ReadUInt128LittleEndian(buffer);
|
||||
}
|
||||
while (candidate >= _modulus128);
|
||||
|
||||
return candidate;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private BigInteger NextRandomBelowModulusBigInteger()
|
||||
{
|
||||
if (_byteLength == 0)
|
||||
{
|
||||
return BigInteger.Zero;
|
||||
}
|
||||
|
||||
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 ulong AbsSub64(ulong a, ulong b)
|
||||
{
|
||||
return a >= b ? a - b : b - a;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static UInt128 AbsSub128(UInt128 a, UInt128 b)
|
||||
{
|
||||
return a >= b ? a - b : b - a;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static BigInteger AbsSubBigInteger(BigInteger a, BigInteger b)
|
||||
{
|
||||
BigInteger diff = a - b;
|
||||
return diff.Sign < 0 ? -diff : diff;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static ulong BinaryGcd64(ulong u, ulong v)
|
||||
{
|
||||
if (u == 0UL)
|
||||
{
|
||||
return v;
|
||||
}
|
||||
|
||||
if (v == 0UL)
|
||||
{
|
||||
return u;
|
||||
}
|
||||
|
||||
int shift = BitOperations.TrailingZeroCount(u | v);
|
||||
u >>= BitOperations.TrailingZeroCount(u);
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
v >>= BitOperations.TrailingZeroCount(v);
|
||||
if (u > v)
|
||||
{
|
||||
(u, v) = (v, u);
|
||||
}
|
||||
|
||||
v -= u;
|
||||
}
|
||||
while (v != 0UL);
|
||||
|
||||
return u << shift;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static void MultiplyFull(UInt128 left, UInt128 right, out ulong p3, out ulong p2, out ulong p1, out ulong p0)
|
||||
{
|
||||
ulong leftLow = (ulong)left;
|
||||
ulong leftHigh = (ulong)(left >> 64);
|
||||
ulong rightLow = (ulong)right;
|
||||
ulong rightHigh = (ulong)(right >> 64);
|
||||
|
||||
(ulong High, ulong Low) partial0 = Multiply64(leftLow, rightLow);
|
||||
(ulong High, ulong Low) partial1 = Multiply64(leftLow, rightHigh);
|
||||
(ulong High, ulong Low) partial2 = Multiply64(leftHigh, rightLow);
|
||||
(ulong High, ulong Low) partial3 = Multiply64(leftHigh, rightHigh);
|
||||
|
||||
p0 = partial0.Low;
|
||||
ulong carry = partial0.High;
|
||||
ulong sum = carry + partial1.Low;
|
||||
ulong carryMid = sum < partial1.Low ? 1UL : 0UL;
|
||||
sum += partial2.Low;
|
||||
if (sum < partial2.Low)
|
||||
{
|
||||
carryMid++;
|
||||
}
|
||||
|
||||
p1 = sum;
|
||||
sum = partial1.High + partial2.High;
|
||||
ulong carryHigh = sum < partial2.High ? 1UL : 0UL;
|
||||
sum += partial3.Low;
|
||||
if (sum < partial3.Low)
|
||||
{
|
||||
carryHigh++;
|
||||
}
|
||||
|
||||
sum += carryMid;
|
||||
if (sum < carryMid)
|
||||
{
|
||||
carryHigh++;
|
||||
}
|
||||
|
||||
p2 = sum;
|
||||
p3 = partial3.High + carryHigh;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static (ulong High, ulong Low) Multiply64(ulong left, ulong right)
|
||||
{
|
||||
ulong a0 = (uint)left;
|
||||
ulong a1 = left >> 32;
|
||||
ulong b0 = (uint)right;
|
||||
ulong b1 = right >> 32;
|
||||
|
||||
ulong lo = a0 * b0;
|
||||
ulong mid1 = a1 * b0;
|
||||
b0 = a0 * b1;
|
||||
b1 *= a1;
|
||||
|
||||
a0 = (lo >> 32) + (uint)mid1 + (uint)b0;
|
||||
a1 = (lo & 0xFFFFFFFFUL) | (a0 << 32);
|
||||
b1 += (mid1 >> 32) + (b0 >> 32) + (a0 >> 32);
|
||||
|
||||
return (b1, a1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static UInt128 ReduceProductBitwise(ulong p3, ulong p2, ulong p1, ulong p0, UInt128 modulus)
|
||||
{
|
||||
UInt128 remainder = UInt128.Zero;
|
||||
for (int bit = 63; bit >= 0; bit--)
|
||||
{
|
||||
remainder <<= 1;
|
||||
remainder |= (UInt128)((p3 >> bit) & 1UL);
|
||||
if (remainder >= modulus)
|
||||
{
|
||||
remainder -= modulus;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
for (int bit = 63; bit >= 0; bit--)
|
||||
{
|
||||
remainder <<= 1;
|
||||
remainder |= (UInt128)((p2 >> bit) & 1UL);
|
||||
if (remainder >= modulus)
|
||||
{
|
||||
remainder -= modulus;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
for (int bit = 63; bit >= 0; bit--)
|
||||
{
|
||||
remainder <<= 1;
|
||||
remainder |= (UInt128)((p1 >> bit) & 1UL);
|
||||
if (remainder >= modulus)
|
||||
{
|
||||
remainder -= modulus;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
for (int bit = 63; bit >= 0; bit--)
|
||||
{
|
||||
remainder <<= 1;
|
||||
remainder |= (UInt128)((p0 >> bit) & 1UL);
|
||||
if (remainder >= modulus)
|
||||
{
|
||||
remainder -= modulus;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
return remainder;
|
||||
}
|
||||
|
||||
private static UInt128 ReadUInt128LittleEndian(ReadOnlySpan<byte> buffer)
|
||||
{
|
||||
UInt128 value = UInt128.Zero;
|
||||
for (int i = buffer.Length - 1; i >= 0; i--)
|
||||
{
|
||||
value <<= 8;
|
||||
value |= buffer[i];
|
||||
}
|
||||
|
||||
return value;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
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