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/* AMCL Fp^8 functions */

/* FP16 elements are of the form a+ib, where i is sqrt(sqrt(-1+sqrt(-1))) */

#include "fp16_YYY.h"

using namespace XXX;

/* test x==0 ? */
int YYY::FP16_iszilch(FP16 *x)
{
    if (FP8_iszilch(&(x->a)) && FP8_iszilch(&(x->b))) return 1;
    return 0;
}

/* test x==1 ? */
int YYY::FP16_isunity(FP16 *x)
{
    if (FP8_isunity(&(x->a)) && FP8_iszilch(&(x->b))) return 1;
    return 0;
}

/* test is w real? That is in a+ib test b is zero */
int YYY::FP16_isreal(FP16 *w)
{
    return FP8_iszilch(&(w->b));
}

/* return 1 if x==y, else 0 */
int YYY::FP16_equals(FP16 *x,FP16 *y)
{
    if (FP8_equals(&(x->a),&(y->a)) && FP8_equals(&(x->b),&(y->b)))
        return 1;
    return 0;
}

/* set FP16 from two FP8s */
void YYY::FP16_from_FP8s(FP16 *w,FP8 * x,FP8* y)
{
    FP8_copy(&(w->a), x);
    FP8_copy(&(w->b), y);
}

/* set FP16 from FP8 */
void YYY::FP16_from_FP8(FP16 *w,FP8 *x)
{
    FP8_copy(&(w->a), x);
    FP8_zero(&(w->b));
}

/* set high part of FP16 from FP8 */
void YYY::FP16_from_FP8H(FP16 *w,FP8 *x)
{
    FP8_copy(&(w->b), x);
    FP8_zero(&(w->a));
}

/* FP16 copy w=x */
void YYY::FP16_copy(FP16 *w,FP16 *x)
{
    if (w==x) return;
    FP8_copy(&(w->a), &(x->a));
    FP8_copy(&(w->b), &(x->b));
}

/* FP16 w=0 */
void YYY::FP16_zero(FP16 *w)
{
    FP8_zero(&(w->a));
    FP8_zero(&(w->b));
}

/* FP16 w=1 */
void YYY::FP16_one(FP16 *w)
{
    FP8_one(&(w->a));
    FP8_zero(&(w->b));
}

/* Set w=-x */
void YYY::FP16_neg(FP16 *w,FP16 *x)
{
    /* Just one field neg */
    FP8 m,t;
	FP16_norm(x);
    FP8_add(&m,&(x->a),&(x->b));
	FP8_norm(&m);
    FP8_neg(&m,&m);
    FP8_add(&t,&m,&(x->b));
    FP8_add(&(w->b),&m,&(x->a));
    FP8_copy(&(w->a),&t);
	FP16_norm(w);
}

/* Set w=conj(x) */
void YYY::FP16_conj(FP16 *w,FP16 *x)
{
    FP8_copy(&(w->a), &(x->a));
    FP8_neg(&(w->b), &(x->b));
	FP16_norm(w);
}

/* Set w=-conj(x) */
void YYY::FP16_nconj(FP16 *w,FP16 *x)
{
    FP8_copy(&(w->b),&(x->b));
    FP8_neg(&(w->a), &(x->a));
	FP16_norm(w);
}

/* Set w=x+y */
void YYY::FP16_add(FP16 *w,FP16 *x,FP16 *y)
{
    FP8_add(&(w->a), &(x->a), &(y->a));
    FP8_add(&(w->b), &(x->b), &(y->b));
}

/* Set w=x-y */
/* Input y MUST be normed */
void YYY::FP16_sub(FP16 *w,FP16 *x,FP16 *y)
{
    FP16 my;

    FP16_neg(&my, y);
    FP16_add(w, x, &my);

}

/* reduce all components of w mod Modulus */
void YYY::FP16_reduce(FP16 *w)
{
    FP8_reduce(&(w->a));
    FP8_reduce(&(w->b));
}

/* normalise all elements of w */
void YYY::FP16_norm(FP16 *w)
{
    FP8_norm(&(w->a));
    FP8_norm(&(w->b));
}

/* Set w=s*x, where s is FP8 */
void YYY::FP16_pmul(FP16 *w,FP16 *x,FP8 *s)
{
    FP8_mul(&(w->a),&(x->a),s);
    FP8_mul(&(w->b),&(x->b),s);
}

/* Set w=s*x, where s is FP2 */
void YYY::FP16_qmul(FP16 *w,FP16 *x,FP2 *s)
{
    FP8_qmul(&(w->a),&(x->a),s);
    FP8_qmul(&(w->b),&(x->b),s);
}

/* Set w=s*x, where s is int */
void YYY::FP16_imul(FP16 *w,FP16 *x,int s)
{
    FP8_imul(&(w->a),&(x->a),s);
    FP8_imul(&(w->b),&(x->b),s);
}

/* Set w=x^2 */
/* Input MUST be normed  */
void YYY::FP16_sqr(FP16 *w,FP16 *x)
{
    FP8 t1,t2,t3;

    FP8_mul(&t3,&(x->a),&(x->b)); /* norms x */
    FP8_copy(&t2,&(x->b));
    FP8_add(&t1,&(x->a),&(x->b));
    FP8_times_i(&t2);

    FP8_add(&t2,&(x->a),&t2);

	FP8_norm(&t1);  // 2
	FP8_norm(&t2);  // 2

    FP8_mul(&(w->a),&t1,&t2);

    FP8_copy(&t2,&t3);
    FP8_times_i(&t2);

    FP8_add(&t2,&t2,&t3);

	FP8_norm(&t2);  // 2
    FP8_neg(&t2,&t2);
    FP8_add(&(w->a),&(w->a),&t2);  /* a=(a+b)(a+i^2.b)-i^2.ab-ab = a*a+ib*ib */
    FP8_add(&(w->b),&t3,&t3);  /* b=2ab */

    FP16_norm(w);
}

/* Set w=x*y */
/* Inputs MUST be normed  */
void YYY::FP16_mul(FP16 *w,FP16 *x,FP16 *y)
{

    FP8 t1,t2,t3,t4;
    FP8_mul(&t1,&(x->a),&(y->a)); 
    FP8_mul(&t2,&(x->b),&(y->b)); 

    FP8_add(&t3,&(y->b),&(y->a));
    FP8_add(&t4,&(x->b),&(x->a));

	FP8_norm(&t4); // 2
	FP8_norm(&t3); // 2

    FP8_mul(&t4,&t4,&t3); /* (xa+xb)(ya+yb) */
	FP8_neg(&t3,&t1);  // 1
	FP8_add(&t4,&t4,&t3);  //t4E=3
    FP8_norm(&t4);

	FP8_neg(&t3,&t2);  // 1
	FP8_add(&(w->b),&t4,&t3); //wbE=3

    FP8_times_i(&t2);
    FP8_add(&(w->a),&t2,&t1);

    FP16_norm(w);
}

/* output FP16 in format [a,b] */
void YYY::FP16_output(FP16 *w)
{
    printf("[");
    FP8_output(&(w->a));
    printf(",");
    FP8_output(&(w->b));
    printf("]");
}

void YYY::FP16_rawoutput(FP16 *w)
{
    printf("[");
    FP8_rawoutput(&(w->a));
    printf(",");
    FP8_rawoutput(&(w->b));
    printf("]");
}

/* Set w=1/x */
void YYY::FP16_inv(FP16 *w,FP16 *x)
{
    FP8 t1,t2;
    FP8_sqr(&t1,&(x->a));
    FP8_sqr(&t2,&(x->b));
    FP8_times_i(&t2);
	FP8_norm(&t2);

    FP8_sub(&t1,&t1,&t2);
	FP8_norm(&t1);

    FP8_inv(&t1,&t1);

    FP8_mul(&(w->a),&t1,&(x->a));
    FP8_neg(&t1,&t1);
	FP8_norm(&t1);
    FP8_mul(&(w->b),&t1,&(x->b));
}

/* w*=i where i = sqrt(sqrt(-1+sqrt(-1))) */
void YYY::FP16_times_i(FP16 *w)
{
	FP8 s,t;
	FP8_copy(&s,&(w->b));
	FP8_copy(&t,&(w->a));
	FP8_times_i(&s);
	FP8_copy(&(w->a),&s);
	FP8_copy(&(w->b),&t);
	FP16_norm(w);
}

void YYY::FP16_times_i2(FP16 *w)
{
	FP8_times_i(&(w->a));
	FP8_times_i(&(w->b));
}

void YYY::FP16_times_i4(FP16 *w)
{
	FP8_times_i2(&(w->a));
	FP8_times_i2(&(w->b));
}

/* Set w=w^p using Frobenius */
void YYY::FP16_frob(FP16 *w,FP2 *f)
{ // f=(i+1)^(p-3)/8
	FP2 ff;
	FP2_sqr(&ff,f);  // (i+1)^(p-3)/4
	FP2_norm(&ff);

	FP8_frob(&(w->a),&ff);
	FP8_frob(&(w->b),&ff);

	FP8_qmul(&(w->b),&(w->b),f);  // times (1+i)^(p-3)/8
	FP8_times_i(&(w->b));		// (i+1)^(p-1)/8
}

/* Set r=a^b mod m */
void YYY::FP16_pow(FP16 *r,FP16* a,BIG b)
{
    FP16 w;
    BIG z,zilch;
    int bt;

    BIG_zero(zilch);

    BIG_copy(z,b);
    FP16_copy(&w,a);
    FP16_one(r);
    BIG_norm(z);
    while(1)
    {
        bt=BIG_parity(z);
        BIG_shr(z,1);
        if (bt) FP16_mul(r,r,&w);
        if (BIG_comp(z,zilch)==0) break;
        FP16_sqr(&w,&w);
    }
    FP16_reduce(r);
}

/* Move b to a if d=1 */
void YYY::FP16_cmove(FP16 *f,FP16 *g,int d)
{
    FP8_cmove(&(f->a),&(g->a),d);
    FP8_cmove(&(f->b),&(g->b),d);
}

#if CURVE_SECURITY_ZZZ == 256

/* XTR xtr_a function */
void YYY::FP16_xtr_A(FP16 *r,FP16 *w,FP16 *x,FP16 *y,FP16 *z)
{
    FP16 t1,t2;

    FP16_copy(r,x);
    FP16_sub(&t1,w,y);
	FP16_norm(&t1);
    FP16_pmul(&t1,&t1,&(r->a));
    FP16_add(&t2,w,y);
	FP16_norm(&t2);
    FP16_pmul(&t2,&t2,&(r->b));
    FP16_times_i(&t2);

    FP16_add(r,&t1,&t2);
    FP16_add(r,r,z);

    FP16_reduce(r);
}

/* XTR xtr_d function */
void YYY::FP16_xtr_D(FP16 *r,FP16 *x)
{
    FP16 w;
    FP16_copy(r,x);
    FP16_conj(&w,r);
    FP16_add(&w,&w,&w);
    FP16_sqr(r,r);
	FP16_norm(&w);
    FP16_sub(r,r,&w);
    FP16_reduce(r);    /* reduce here as multiple calls trigger automatic reductions */
}

/* r=x^n using XTR method on traces of FP12s */
void YYY::FP16_xtr_pow(FP16 *r,FP16 *x,BIG n)
{
    int i,par,nb;
    BIG v;
    FP2 w2;
	FP4 w4;
	FP8 w8;
    FP16 t,a,b,c,sf;

	FP16_copy(&sf,x);
	FP16_norm(&sf);
    BIG_zero(v);
    BIG_inc(v,3);
	BIG_norm(v);
    FP2_from_BIG(&w2,v);
    FP4_from_FP2(&w4,&w2);
	FP8_from_FP4(&w8,&w4);
    FP16_from_FP8(&a,&w8);

	FP16_copy(&b,&sf);
    FP16_xtr_D(&c,&sf);


    par=BIG_parity(n);
    BIG_copy(v,n);
    BIG_norm(v);
    BIG_shr(v,1);
    if (par==0)
    {
        BIG_dec(v,1);
        BIG_norm(v);
    }

    nb=BIG_nbits(v);
    for (i=nb-1; i>=0; i--)
    {
        if (!BIG_bit(v,i))
        {
            FP16_copy(&t,&b);
            FP16_conj(&sf,&sf);
            FP16_conj(&c,&c);
            FP16_xtr_A(&b,&a,&b,&sf,&c);
            FP16_conj(&sf,&sf);
            FP16_xtr_D(&c,&t);
            FP16_xtr_D(&a,&a);
        }
        else
        {
            FP16_conj(&t,&a);
            FP16_xtr_D(&a,&b);
            FP16_xtr_A(&b,&c,&b,&sf,&t);
            FP16_xtr_D(&c,&c);
        }
    }

    if (par==0) FP16_copy(r,&c);
    else FP16_copy(r,&b);
    FP16_reduce(r);
}

/* r=ck^a.cl^n using XTR double exponentiation method on traces of FP12s. See Stam thesis. */
void YYY::FP16_xtr_pow2(FP16 *r,FP16 *ck,FP16 *cl,FP16 *ckml,FP16 *ckm2l,BIG a,BIG b)
{
    int i,f2;
    BIG d,e,w;
    FP16 t,cu,cv,cumv,cum2v;


    BIG_copy(e,a);
    BIG_copy(d,b);
    BIG_norm(d);
	BIG_norm(e);
    FP16_copy(&cu,ck);
    FP16_copy(&cv,cl);
    FP16_copy(&cumv,ckml);
    FP16_copy(&cum2v,ckm2l);

    f2=0;
    while (BIG_parity(d)==0 && BIG_parity(e)==0)
    {
        BIG_shr(d,1);
        BIG_shr(e,1);
        f2++;
    }
    while (BIG_comp(d,e)!=0)
    {
        if (BIG_comp(d,e)>0)
        {
            BIG_imul(w,e,4);
            BIG_norm(w);
            if (BIG_comp(d,w)<=0)
            {
                BIG_copy(w,d);
                BIG_copy(d,e);
                BIG_sub(e,w,e);
                BIG_norm(e);
                FP16_xtr_A(&t,&cu,&cv,&cumv,&cum2v);
                FP16_conj(&cum2v,&cumv);
                FP16_copy(&cumv,&cv);
                FP16_copy(&cv,&cu);
                FP16_copy(&cu,&t);
            }
            else if (BIG_parity(d)==0)
            {
                BIG_shr(d,1);
                FP16_conj(r,&cum2v);
                FP16_xtr_A(&t,&cu,&cumv,&cv,r);
                FP16_xtr_D(&cum2v,&cumv);
                FP16_copy(&cumv,&t);
                FP16_xtr_D(&cu,&cu);
            }
            else if (BIG_parity(e)==1)
            {
                BIG_sub(d,d,e);
                BIG_norm(d);
                BIG_shr(d,1);
                FP16_xtr_A(&t,&cu,&cv,&cumv,&cum2v);
                FP16_xtr_D(&cu,&cu);
                FP16_xtr_D(&cum2v,&cv);
                FP16_conj(&cum2v,&cum2v);
                FP16_copy(&cv,&t);
            }
            else
            {
                BIG_copy(w,d);
                BIG_copy(d,e);
                BIG_shr(d,1);
                BIG_copy(e,w);
                FP16_xtr_D(&t,&cumv);
                FP16_conj(&cumv,&cum2v);
                FP16_conj(&cum2v,&t);
                FP16_xtr_D(&t,&cv);
                FP16_copy(&cv,&cu);
                FP16_copy(&cu,&t);
            }
        }
        if (BIG_comp(d,e)<0)
        {
            BIG_imul(w,d,4);
            BIG_norm(w);
            if (BIG_comp(e,w)<=0)
            {
                BIG_sub(e,e,d);
                BIG_norm(e);
                FP16_xtr_A(&t,&cu,&cv,&cumv,&cum2v);
                FP16_copy(&cum2v,&cumv);
                FP16_copy(&cumv,&cu);
                FP16_copy(&cu,&t);
            }
            else if (BIG_parity(e)==0)
            {
                BIG_copy(w,d);
                BIG_copy(d,e);
                BIG_shr(d,1);
                BIG_copy(e,w);
                FP16_xtr_D(&t,&cumv);
                FP16_conj(&cumv,&cum2v);
                FP16_conj(&cum2v,&t);
                FP16_xtr_D(&t,&cv);
                FP16_copy(&cv,&cu);
                FP16_copy(&cu,&t);
            }
            else if (BIG_parity(d)==1)
            {
                BIG_copy(w,e);
                BIG_copy(e,d);
                BIG_sub(w,w,d);
                BIG_norm(w);
                BIG_copy(d,w);
                BIG_shr(d,1);
                FP16_xtr_A(&t,&cu,&cv,&cumv,&cum2v);
                FP16_conj(&cumv,&cumv);
                FP16_xtr_D(&cum2v,&cu);
                FP16_conj(&cum2v,&cum2v);
                FP16_xtr_D(&cu,&cv);
                FP16_copy(&cv,&t);
            }
            else
            {
                BIG_shr(d,1);
                FP16_conj(r,&cum2v);
                FP16_xtr_A(&t,&cu,&cumv,&cv,r);
                FP16_xtr_D(&cum2v,&cumv);
                FP16_copy(&cumv,&t);
                FP16_xtr_D(&cu,&cu);
            }
        }
    }
    FP16_xtr_A(r,&cu,&cv,&cumv,&cum2v);
    for (i=0; i<f2; i++)	FP16_xtr_D(r,r);
    FP16_xtr_pow(r,r,d);
}

#endif