First whack at prime numbers and such.
This commit is contained in:
@@ -8,53 +8,4 @@ mod unsigned;
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pub use self::signed::SCN;
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pub use self::signed::SCN;
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pub use self::unsigned::UCN;
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pub use self::unsigned::UCN;
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use std::ops::Neg;
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pub fn modinv(e: &UCN, phi: &UCN) -> UCN {
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let (_, mut x, _) = extended_euclidean(&e, &phi);
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let int_phi = SCN::from(phi.clone());
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while x.is_negative() {
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x = x + &int_phi;
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}
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x.into()
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}
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fn extended_euclidean(a: &UCN, b: &UCN) -> (SCN, SCN, SCN) {
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let posinta = SCN::from(a.clone());
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let posintb = SCN::from(b.clone());
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||||||
let (d, x, y) = egcd(posinta, posintb);
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if d.is_negative() {
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(d.neg(), x.neg(), y.neg())
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} else {
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(d, x, y)
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}
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}
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fn egcd(a: SCN, b: SCN) -> (SCN, SCN, SCN) {
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let mut s = SCN::zero();
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let mut old_s = SCN::from(1 as u8);
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||||||
let mut t = SCN::from(1 as u8);
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let mut old_t = SCN::zero();
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let mut r = b;
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let mut old_r = a;
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while !r.is_zero() {
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let quotient = old_r.clone() / r.clone();
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let prov_r = r.clone();
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let prov_s = s.clone();
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let prov_t = t.clone();
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r = old_r - (r * "ient);
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||||||
s = old_s - (s * "ient);
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t = old_t - (t * "ient);
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old_r = prov_r;
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old_s = prov_s;
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old_t = prov_t;
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}
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(old_r, old_s, old_t)
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}
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@@ -37,6 +37,33 @@ impl SCN {
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self.negative = false;
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self.negative = false;
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}
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}
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}
|
}
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||||||
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||||||
|
pub fn egcd(self, b: SCN) -> (SCN, SCN, SCN) {
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|
let mut s = SCN::zero();
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||||||
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let mut old_s = SCN::from(1 as u8);
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||||||
|
let mut t = SCN::from(1 as u8);
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||||||
|
let mut old_t = SCN::zero();
|
||||||
|
let mut r = b;
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let mut old_r = self;
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||||||
|
while !r.is_zero() {
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let quotient = old_r.clone() / r.clone();
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||||||
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||||||
|
let prov_r = r.clone();
|
||||||
|
let prov_s = s.clone();
|
||||||
|
let prov_t = t.clone();
|
||||||
|
|
||||||
|
r = old_r - (r * "ient);
|
||||||
|
s = old_s - (s * "ient);
|
||||||
|
t = old_t - (t * "ient);
|
||||||
|
|
||||||
|
old_r = prov_r;
|
||||||
|
old_s = prov_s;
|
||||||
|
old_t = prov_t;
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||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
(old_r, old_s, old_t)
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
impl fmt::UpperHex for SCN {
|
impl fmt::UpperHex for SCN {
|
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@@ -280,8 +307,6 @@ mod test {
|
|||||||
}
|
}
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||||||
fn division_identity(x: SCN) -> bool {
|
fn division_identity(x: SCN) -> bool {
|
||||||
let result = &x / &one();
|
let result = &x / &one();
|
||||||
println!("\nx: {:?}", x);
|
|
||||||
println!("result: {:?}", result);
|
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||||||
result == x
|
result == x
|
||||||
}
|
}
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||||||
|
|
||||||
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|||||||
@@ -1,4 +1,6 @@
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|||||||
|
use cryptonum::signed::SCN;
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||||||
use num::{BigUint,ToPrimitive,Zero};
|
use num::{BigUint,ToPrimitive,Zero};
|
||||||
|
use rand::Rng;
|
||||||
use std::fmt;
|
use std::fmt;
|
||||||
use std::fmt::Write;
|
use std::fmt::Write;
|
||||||
use std::cmp::Ordering;
|
use std::cmp::Ordering;
|
||||||
@@ -10,15 +12,70 @@ pub struct UCN {
|
|||||||
pub(crate) contents: Vec<u64>
|
pub(crate) contents: Vec<u64>
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static SMALL_PRIMES: [u32; 310] = [
|
||||||
|
2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29,
|
||||||
|
31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71,
|
||||||
|
73, 79, 83, 89, 97, 101, 103, 107, 109, 113,
|
||||||
|
127, 131, 137, 139, 149, 151, 157, 163, 167, 173,
|
||||||
|
179, 181, 191, 193, 197, 199, 211, 223, 227, 229,
|
||||||
|
233, 239, 241, 251, 257, 263, 269, 271, 277, 281,
|
||||||
|
283, 293, 307, 311, 313, 317, 331, 337, 347, 349,
|
||||||
|
353, 359, 367, 373, 379, 383, 389, 397, 401, 409,
|
||||||
|
419, 421, 431, 433, 439, 443, 449, 457, 461, 463,
|
||||||
|
467, 479, 487, 491, 499, 503, 509, 521, 523, 541,
|
||||||
|
547, 557, 563, 569, 571, 577, 587, 593, 599, 601,
|
||||||
|
607, 613, 617, 619, 631, 641, 643, 647, 653, 659,
|
||||||
|
661, 673, 677, 683, 691, 701, 709, 719, 727, 733,
|
||||||
|
739, 743, 751, 757, 761, 769, 773, 787, 797, 809,
|
||||||
|
811, 821, 823, 827, 829, 839, 853, 857, 859, 863,
|
||||||
|
877, 881, 883, 887, 907, 911, 919, 929, 937, 941,
|
||||||
|
947, 953, 967, 971, 977, 983, 991, 997, 1009, 1013,
|
||||||
|
1019, 1021, 1031, 1033, 1039, 1049, 1051, 1061, 1063, 1069,
|
||||||
|
1087, 1091, 1093, 1097, 1103, 1109, 1117, 1123, 1129, 1151,
|
||||||
|
1153, 1163, 1171, 1181, 1187, 1193, 1201, 1213, 1217, 1223,
|
||||||
|
1229, 1231, 1237, 1249, 1259, 1277, 1279, 1283, 1289, 1291,
|
||||||
|
1297, 1301, 1303, 1307, 1319, 1321, 1327, 1361, 1367, 1373,
|
||||||
|
1381, 1399, 1409, 1423, 1427, 1429, 1433, 1439, 1447, 1451,
|
||||||
|
1453, 1459, 1471, 1481, 1483, 1487, 1489, 1493, 1499, 1511,
|
||||||
|
1523, 1531, 1543, 1549, 1553, 1559, 1567, 1571, 1579, 1583,
|
||||||
|
1597, 1601, 1607, 1609, 1613, 1619, 1621, 1627, 1637, 1657,
|
||||||
|
1663, 1667, 1669, 1693, 1697, 1699, 1709, 1721, 1723, 1733,
|
||||||
|
1741, 1747, 1753, 1759, 1777, 1783, 1787, 1789, 1801, 1811,
|
||||||
|
1823, 1831, 1847, 1861, 1867, 1871, 1873, 1877, 1879, 1889,
|
||||||
|
1901, 1907, 1913, 1931, 1933, 1949, 1951, 1973, 1979, 1987,
|
||||||
|
1993, 1997, 1999, 2003, 2011, 2017, 2027, 2029, 2039, 2053];
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
impl UCN {
|
impl UCN {
|
||||||
pub fn zero() -> UCN {
|
pub fn zero() -> UCN {
|
||||||
UCN{ contents: vec![] }
|
UCN{ contents: vec![] }
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn bits(&self) -> usize {
|
||||||
|
self.contents.len() * 64
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
pub fn is_zero(&self) -> bool {
|
pub fn is_zero(&self) -> bool {
|
||||||
self.contents.len() == 0
|
self.contents.len() == 0
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn is_odd(&self) -> bool {
|
||||||
|
if self.contents.len() == 0 {
|
||||||
|
false
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
(self.contents[0] & 1) == 1
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn is_even(&self) -> bool {
|
||||||
|
if self.contents.len() == 0 {
|
||||||
|
false
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
(self.contents[0] & 1) == 0
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
fn clean(&mut self) {
|
fn clean(&mut self) {
|
||||||
loop {
|
loop {
|
||||||
match self.contents.pop() {
|
match self.contents.pop() {
|
||||||
@@ -65,6 +122,145 @@ impl UCN {
|
|||||||
res.clean();
|
res.clean();
|
||||||
res
|
res
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn modinv(&self, phi: &UCN) -> UCN {
|
||||||
|
let (_, mut x, _) = self.extended_euclidean(&phi);
|
||||||
|
let int_phi = SCN::from(phi.clone());
|
||||||
|
while x.is_negative() {
|
||||||
|
x = x + &int_phi;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
x.into()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn extended_euclidean(&self, b: &UCN) -> (SCN, SCN, SCN) {
|
||||||
|
let posinta = SCN::from(self.clone());
|
||||||
|
let posintb = SCN::from(b.clone());
|
||||||
|
let (d, x, y) = posinta.egcd(posintb);
|
||||||
|
|
||||||
|
if d.is_negative() {
|
||||||
|
(d.neg(), x.neg(), y.neg())
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
(d, x, y)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn generate_prime<F,G>(rng: &mut G,
|
||||||
|
bitlen: usize,
|
||||||
|
iterations: usize,
|
||||||
|
ok_value: F)
|
||||||
|
-> UCN
|
||||||
|
where
|
||||||
|
G: Rng,
|
||||||
|
F: Fn(&UCN) -> bool
|
||||||
|
{
|
||||||
|
let one = UCN::from(1 as u8);
|
||||||
|
let topbit = &one << (bitlen - 1);
|
||||||
|
|
||||||
|
loop {
|
||||||
|
let base = random_number(rng, bitlen);
|
||||||
|
let candidate = base | &topbit | &one;
|
||||||
|
|
||||||
|
if !ok_value(&candidate) {
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if candidate.probably_prime(rng, iterations) {
|
||||||
|
return candidate
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn probably_prime<G: Rng>(&self, g: &mut G, iters: usize) -> bool {
|
||||||
|
for tester in SMALL_PRIMES.iter() {
|
||||||
|
if (self % UCN::from(*tester)).is_zero() {
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
miller_rabin(g, &self, iters)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn modexp(&self, e: &UCN, m: &UCN) -> UCN {
|
||||||
|
let mut b = self.clone() % m;
|
||||||
|
let mut eprime = e.clone();
|
||||||
|
let mut result = UCN::from(1 as u8);
|
||||||
|
|
||||||
|
loop {
|
||||||
|
if eprime.is_zero() {
|
||||||
|
return result;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if eprime.is_odd() {
|
||||||
|
result = (result * &b) % m;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
b = (&b * &b) % m;
|
||||||
|
eprime >>= 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn miller_rabin<G: Rng>(g: &mut G, n: &UCN, iters: usize) -> bool {
|
||||||
|
let one = UCN::from(1 as u8);
|
||||||
|
let two = UCN::from(2 as u8);
|
||||||
|
let nm1 = n - &one;
|
||||||
|
// Quoth Wikipedia:
|
||||||
|
// write n - 1 as 2^r*d with d odd by factoring powers of 2 from n - 1
|
||||||
|
let mut d = nm1.clone();
|
||||||
|
let mut r = 0;
|
||||||
|
while d.is_even() {
|
||||||
|
d >>= 1;
|
||||||
|
r += 1;
|
||||||
|
assert!(r < n.bits());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// WitnessLoop: repeat k times
|
||||||
|
'WitnessLoop: for _k in 0..iters {
|
||||||
|
// pick a random integer a in the range [2, n - 2]
|
||||||
|
let a = random_in_range(g, &two, &nm1);
|
||||||
|
// x <- a^d mod n
|
||||||
|
let mut x = a.modexp(&d, &n);
|
||||||
|
// if x = 1 or x = n - 1 then
|
||||||
|
if (&x == &one) || (&x == &nm1) {
|
||||||
|
// continue WitnessLoop
|
||||||
|
continue 'WitnessLoop;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// repeat r - 1 times:
|
||||||
|
for _i in 0..r {
|
||||||
|
// x <- x^2 mod n
|
||||||
|
x = x.modexp(&two, &n);
|
||||||
|
// if x = 1 then
|
||||||
|
if &x == &one {
|
||||||
|
// return composite
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// if x = n - 1 then
|
||||||
|
if &x == &nm1 {
|
||||||
|
// continue WitnessLoop
|
||||||
|
continue 'WitnessLoop;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// return composite
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
// return probably prime
|
||||||
|
true
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn random_in_range<G: Rng>(rng: &mut G, min: &UCN, max: &UCN) -> UCN {
|
||||||
|
let bitlen = ((max.bits() + 31) / 32) * 32;
|
||||||
|
loop {
|
||||||
|
let candidate = random_number(rng, bitlen);
|
||||||
|
|
||||||
|
if (&candidate >= min) && (&candidate < max) {
|
||||||
|
return candidate;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn random_number<G: Rng>(rng: &mut G, bitlen: usize) -> UCN {
|
||||||
|
assert!(bitlen % 32 == 0);
|
||||||
|
let wordlen = bitlen / 32;
|
||||||
|
let components = rng.gen_iter().take(wordlen).collect();
|
||||||
|
UCN{ contents: components }
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
impl fmt::UpperHex for UCN {
|
impl fmt::UpperHex for UCN {
|
||||||
@@ -1026,6 +1222,30 @@ mod test {
|
|||||||
gold_test("tests/mod_tests.txt", |x,y| x % y);
|
gold_test("tests/mod_tests.txt", |x,y| x % y);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[test]
|
||||||
|
fn modexp_tests() {
|
||||||
|
let mut file = File::open("tests/modpow_tests.txt").unwrap();
|
||||||
|
let mut contents = String::new();
|
||||||
|
file.read_to_string(&mut contents).unwrap();
|
||||||
|
let mut iter = contents.lines();
|
||||||
|
|
||||||
|
while let Some(xstr) = iter.next() {
|
||||||
|
let ystr = iter.next().unwrap();
|
||||||
|
let zstr = iter.next().unwrap();
|
||||||
|
let rstr = iter.next().unwrap();
|
||||||
|
|
||||||
|
assert!(xstr.starts_with("x: "));
|
||||||
|
assert!(ystr.starts_with("y: "));
|
||||||
|
assert!(zstr.starts_with("z: "));
|
||||||
|
assert!(rstr.starts_with("r: "));
|
||||||
|
let x = UCN::from_str(&xstr[3..]);
|
||||||
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let y = UCN::from_str(&ystr[3..]);
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let z = UCN::from_str(&zstr[3..]);
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let r = UCN::from_str(&rstr[3..]);
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assert_eq!(x.modexp(&y, &z), r);
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}
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}
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quickcheck! {
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quickcheck! {
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fn and_over_or_distribution(a: UCN, b: UCN, c: UCN) -> bool {
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fn and_over_or_distribution(a: UCN, b: UCN, c: UCN) -> bool {
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(&a & (&b | &c)) == ((&a & &b) | (&a & &c))
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(&a & (&b | &c)) == ((&a & &b) | (&a & &c))
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8004
tests/modpow_tests.txt
Normal file
8004
tests/modpow_tests.txt
Normal file
File diff suppressed because it is too large
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