Novacoin/uint256.cs

   1 \feff/**
   2  *  Novacoin classes library
   3  *  Copyright (C) 2015 Alex D. (balthazar.ad@gmail.com)
   4
   5  *  This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   6  *  it under the terms of the GNU Affero General Public License as
   7  *  published by the Free Software Foundation, either version 3 of the
   8  *  License, or (at your option) any later version.
   9
  10  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13  *  GNU Affero General Public License for more details.
  14
  15  *  You should have received a copy of the GNU Affero General Public License
  16  *  along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  17  */
  18
  19 using System;
  20 using System.Diagnostics.Contracts;
  21
  22 namespace Novacoin
  23 {
  24     public class uint256 : base_uint
  25     {
  26         #region Access to internal representation
  27         new protected int nWidth {
  28             get { return base.nWidth; }
  29             private set { base.nWidth = value; }
  30         }
  31         new protected uint[] pn {
  32             get { return base.pn; }
  33             private set { base.pn = value; }
  34         }
  35         #endregion
  36
  37         #region Constructors
  38         public uint256()
  39         {
  40             nWidth = 8;
  41             pn = new uint[nWidth];
  42         }
  43
  44         public uint256(uint256 b) : this()
  45         {
  46             for (int i = 0; i < nWidth; i++)
  47             {
  48                 pn[i] = b.pn[i];
  49             }
  50         }
  51
  52         public uint256(ulong n) : this()
  53         {
  54             pn[0] = (uint)n;
  55             pn[1] = (uint)(n >> 32);
  56             for (int i = 2; i < nWidth; i++)
  57             {
  58                 pn[i] = 0;
  59             }
  60         }
  61
  62         public uint256(byte[] bytes) : this()
  63         {
  64             Contract.Requires<ArgumentException>(bytes.Length == 32, "Incorrect array length");
  65
  66             pn = Interop.ToUInt32Array(bytes);
  67         }
  68
  69         public uint256(string hex) : this()
  70         {
  71             Contract.Requires<ArgumentException>(hex.Length == 64, "Incorrect string");
  72
  73             var bytes = Interop.ReverseBytes(Interop.HexToArray(hex));
  74             pn = Interop.ToUInt32Array(bytes);
  75         }
  76         #endregion
  77
  78         #region Cast operators
  79         public static implicit operator uint256(byte[] bytes)
  80         {
  81             return new uint256(bytes);
  82         }
  83
  84         public static implicit operator uint256(ulong n)
  85         {
  86             return new uint256(n);
  87         }
  88         #endregion
  89
  90         #region Compact representation
  91         /// <summary>
  92         /// Compact representation of unsigned 256bit numbers.
  93         ///
  94         /// N = (-1^sign) * m * 256^(exp-3)
  95         ///
  96         /// http://bitcoin.stackexchange.com/questions/30467/what-are-the-equations-to-convert-between-bits-and-difficulty
  97         /// </summary>
  98         public uint Compact
  99         {
 100             get
 101             {
 102                 int nSize = (bits + 7) / 8;
 103                 uint nCompact = 0;
 104                 if (nSize <= 3)
 105                     nCompact = ((uint)Low64) << 8 * (3 - nSize);
 106                 else
 107                 {
 108                     uint256 bn = this >> 8 * (nSize - 3);
 109                     nCompact = (uint)bn.Low64;
 110                 }
 111
 112                 if ((nCompact & 0x00800000) != 0)
 113                 {
 114                     nCompact >>= 8;
 115                     nSize++;
 116                 }
 117
 118                 Contract.Assert((nCompact & ~0x007fffff) == 0);
 119                 Contract.Assert(nSize < 256);
 120
 121                 nCompact |= (uint)nSize << 24;
 122                 nCompact |= 0;
 123
 124                 return nCompact;
 125             }
 126             set {
 127                 int nSize = (int)value >> 24;
 128                 uint nWord = value & 0x007fffff;
 129
 130                 uint256 i;
 131
 132                 if (nSize <= 3)
 133                 {
 134                     nWord >>= 8 * (3 - nSize);
 135                     i = new uint256(nWord);
 136                 }
 137                 else
 138                 {
 139                     i = new uint256(nWord);
 140                     i <<= 8 * (nSize - 3);
 141                 }
 142
 143                 pn = i.pn;
 144             }
 145         }
 146         #endregion
 147
 148         #region Bitwise operations
 149         public static uint256 operator ~(uint256 a)
 150         {
 151             var ret = new uint256();
 152             for (int i = 0; i < a.nWidth; i++)
 153             {
 154                 ret.pn[i] = ~a.pn[i];
 155             }
 156             return ret;
 157         }
 158
 159         public static uint256 operator ^(uint256 a, uint256 b)
 160         {
 161             var result = new uint256();
 162             result.pn = new uint[a.nWidth];
 163             for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
 164             {
 165                 result.pn[i] = a.pn[i] ^ b.pn[i];
 166             }
 167             return result;
 168         }
 169
 170         public static uint256 operator &(uint256 a, uint256 b)
 171         {
 172             var result = new uint256();
 173             result.pn = new uint[a.nWidth];
 174             for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
 175             {
 176                 result.pn[i] = a.pn[i] & b.pn[i];
 177             }
 178             return result;
 179         }
 180
 181         public static uint256 operator |(uint256 a, uint256 b)
 182         {
 183             var result = new uint256();
 184             result.pn = new uint[a.nWidth];
 185             for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
 186             {
 187                 result.pn[i] = a.pn[i] | b.pn[i];
 188             }
 189             return result;
 190         }
 191         #endregion
 192
 193         #region Basic arithmetics
 194         public static uint256 operator -(uint256 a)
 195         {
 196             var ret = new uint256();
 197             for (int i = 0; i < a.nWidth; i++)
 198             {
 199                 ret.pn[i] = ~a.pn[i];
 200             }
 201             ret++;
 202             return ret;
 203         }
 204
 205         public static uint256 operator ++(uint256 a)
 206         {
 207             int i = 0;
 208             while (++a.pn[i] == 0 && i < a.nWidth - 1)
 209             {
 210                 i++;
 211             }
 212             return a;
 213         }
 214
 215         public static uint256 operator --(uint256 a)
 216         {
 217             int i = 0;
 218             while (--a.pn[i] == uint.MaxValue && i < a.nWidth - 1)
 219             {
 220                 i++;
 221             }
 222             return a;
 223         }
 224
 225
 226         public static uint256 operator +(uint256 a, uint256 b)
 227         {
 228             var result = new uint256();
 229             ulong carry = 0;
 230             for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
 231             {
 232                 ulong n = carry + a.pn[i] + b.pn[i];
 233                 result.pn[i] = (uint)(n & 0xffffffff);
 234                 carry = n >> 32;
 235             }
 236             return result;
 237         }
 238
 239         public static uint256 operator +(uint256 a, ulong b)
 240         {
 241             return a + new uint256(b);
 242         }
 243
 244         public static uint256 operator -(uint256 a, uint256 b)
 245         {
 246             return a + (-b);
 247         }
 248
 249         public static uint256 operator -(uint256 a, ulong b)
 250         {
 251             return a - new uint256(b);
 252         }
 253
 254         public static uint256 operator /(uint256 a, uint divisor)
 255         {
 256             var result = new uint256();
 257
 258             ulong r = 0;
 259             int i = a.nWidth;
 260
 261             while (i-- > 0)
 262             {
 263                 r <<= 32;
 264                 r |= a.pn[i];
 265                 result.pn[i] = (uint)(r / divisor);
 266                 r %= divisor;
 267             }
 268
 269             return result;
 270         }
 271
 272         public static uint256 operator *(uint256 a, uint multiplier)
 273         {
 274             var result = new uint256();
 275
 276             ulong c = 0;
 277             uint i = 0;
 278
 279             do
 280             {
 281                 c += a.pn[i] * (ulong)multiplier;
 282                 result.pn[i] = (uint)c;
 283                 c >>= 32;
 284             } while (++i < result.nWidth);
 285
 286             return result;
 287         }
 288
 289         public static uint operator %(uint256 a, uint divisor)
 290         {
 291             ulong r = 0;
 292             int i = a.nWidth;
 293
 294             while (i-- > 0)
 295             {
 296                 r <<= 32;
 297                 r |= a.pn[i];
 298                 r %= divisor;
 299             }
 300
 301             return (uint)r;
 302         }
 303         #endregion
 304
 305         #region Shift
 306         public static uint256 operator <<(uint256 a, int shift)
 307         {
 308             var result = new uint256();
 309             int k = shift / 32;
 310             shift = shift % 32;
 311
 312             for (int i = 0; i < a.nWidth; i++)
 313             {
 314                 if (i + k + 1 < a.nWidth && shift != 0)
 315                 {
 316                     result.pn[i + k + 1] |= (a.pn[i] >> (32 - shift));
 317                 }
 318
 319                 if (i + k < a.nWidth)
 320                 {
 321                     result.pn[i + k] |= (a.pn[i] << shift);
 322                 }
 323             }
 324
 325             return result;
 326         }
 327
 328         public static uint256 operator >>(uint256 a, int shift)
 329         {
 330             var result = new uint256();
 331             int k = shift / 32;
 332             shift = shift % 32;
 333
 334             for (int i = 0; i < a.nWidth; i++)
 335             {
 336                 if (i - k - 1 >= 0 && shift != 0)
 337                 {
 338                     result.pn[i - k - 1] |= (a.pn[i] << (32 - shift));
 339                 }
 340
 341                 if (i - k >= 0)
 342                 {
 343                     result.pn[i - k] |= (a.pn[i] >> shift);
 344                 }
 345             }
 346
 347             return result;
 348         }
 349         #endregion
 350     }
 351 }