src/ecmult_gen_impl.h

   1 /**********************************************************************
   2  * Copyright (c) 2013, 2014, 2015 Pieter Wuille, Gregory Maxwell      *
   3  * Distributed under the MIT software license, see the accompanying   *
   4  * file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.*
   5  **********************************************************************/
   6
   7 #ifndef SECP256K1_ECMULT_GEN_IMPL_H
   8 #define SECP256K1_ECMULT_GEN_IMPL_H
   9
  10 #include "util.h"
  11 #include "scalar.h"
  12 #include "group.h"
  13 #include "ecmult_gen.h"
  14 #include "hash_impl.h"
  15 #ifdef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  16 #include "ecmult_static_context.h"
  17 #endif
  18
  19 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  20     static const size_t SECP256K1_ECMULT_GEN_CONTEXT_PREALLOCATED_SIZE = ROUND_TO_ALIGN(sizeof(*((secp256k1_ecmult_gen_context*) NULL)->prec));
  21 #else
  22     static const size_t SECP256K1_ECMULT_GEN_CONTEXT_PREALLOCATED_SIZE = 0;
  23 #endif
  24
  25 static void secp256k1_ecmult_gen_context_init(secp256k1_ecmult_gen_context *ctx) {
  26     ctx->prec = NULL;
  27 }
  28
  29 static void secp256k1_ecmult_gen_context_build(secp256k1_ecmult_gen_context *ctx, const secp256k1_callback* cb) {
  30 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  31     secp256k1_ge prec[1024];
  32     secp256k1_gej gj;
  33     secp256k1_gej nums_gej;
  34     int i, j;
  35 #endif
  36
  37     if (ctx->prec != NULL) {
  38         return;
  39     }
  40 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  41     ctx->prec = (secp256k1_ge_storage (*)[64][16])checked_malloc(cb, sizeof(*ctx->prec));
  42
  43     /* get the generator */
  44     secp256k1_gej_set_ge(&gj, &secp256k1_ge_const_g);
  45
  46     /* Construct a group element with no known corresponding scalar (nothing up my sleeve). */
  47     {
  48         static const unsigned char nums_b32[33] = "The scalar for this x is unknown";
  49         secp256k1_fe nums_x;
  50         secp256k1_ge nums_ge;
  51         int r;
  52         r = secp256k1_fe_set_b32(&nums_x, nums_b32);
  53         (void)r;
  54         VERIFY_CHECK(r);
  55         r = secp256k1_ge_set_xo_var(&nums_ge, &nums_x, 0);
  56         (void)r;
  57         VERIFY_CHECK(r);
  58         secp256k1_gej_set_ge(&nums_gej, &nums_ge);
  59         /* Add G to make the bits in x uniformly distributed. */
  60         secp256k1_gej_add_ge_var(&nums_gej, &nums_gej, &secp256k1_ge_const_g, NULL);
  61     }
  62
  63     /* compute prec. */
  64     {
  65         secp256k1_gej precj[1024]; /* Jacobian versions of prec. */
  66         secp256k1_gej gbase;
  67         secp256k1_gej numsbase;
  68         gbase = gj; /* 16^j * G */
  69         numsbase = nums_gej; /* 2^j * nums. */
  70         for (j = 0; j < 64; j++) {
  71             /* Set precj[j*16 .. j*16+15] to (numsbase, numsbase + gbase, ..., numsbase + 15*gbase). */
  72             precj[j*16] = numsbase;
  73             for (i = 1; i < 16; i++) {
  74                 secp256k1_gej_add_var(&precj[j*16 + i], &precj[j*16 + i - 1], &gbase, NULL);
  75             }
  76             /* Multiply gbase by 16. */
  77             for (i = 0; i < 4; i++) {
  78                 secp256k1_gej_double_var(&gbase, &gbase, NULL);
  79             }
  80             /* Multiply numbase by 2. */
  81             secp256k1_gej_double_var(&numsbase, &numsbase, NULL);
  82             if (j == 62) {
  83                 /* In the last iteration, numsbase is (1 - 2^j) * nums instead. */
  84                 secp256k1_gej_neg(&numsbase, &numsbase);
  85                 secp256k1_gej_add_var(&numsbase, &numsbase, &nums_gej, NULL);
  86             }
  87         }
  88         secp256k1_ge_set_all_gej_var(prec, precj, 1024);
  89     }
  90     for (j = 0; j < 64; j++) {
  91         for (i = 0; i < 16; i++) {
  92             secp256k1_ge_to_storage(&(*ctx->prec)[j][i], &prec[j*16 + i]);
  93         }
  94     }
  95 #else
  96     (void)cb;
  97     ctx->prec = (secp256k1_ge_storage (*)[64][16])secp256k1_ecmult_static_context;
  98 #endif
  99     secp256k1_ecmult_gen_blind(ctx, NULL);
 100 }
 101
 102 static int secp256k1_ecmult_gen_context_is_built(const secp256k1_ecmult_gen_context* ctx) {
 103     return ctx->prec != NULL;
 104 }
 105
 106 static void secp256k1_ecmult_gen_context_clone(secp256k1_ecmult_gen_context *dst,
 107                                                const secp256k1_ecmult_gen_context *src, const secp256k1_callback* cb) {
 108     if (src->prec == NULL) {
 109         dst->prec = NULL;
 110     } else {
 111 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
 112         dst->prec = (secp256k1_ge_storage (*)[64][16])checked_malloc(cb, sizeof(*dst->prec));
 113         memcpy(dst->prec, src->prec, sizeof(*dst->prec));
 114 #else
 115         (void)cb;
 116         dst->prec = src->prec;
 117 #endif
 118         dst->initial = src->initial;
 119         dst->blind = src->blind;
 120     }
 121 }
 122
 123 static void secp256k1_ecmult_gen_context_clear(secp256k1_ecmult_gen_context *ctx) {
 124 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
 125     free(ctx->prec);
 126 #endif
 127     secp256k1_scalar_clear(&ctx->blind);
 128     secp256k1_gej_clear(&ctx->initial);
 129     ctx->prec = NULL;
 130 }
 131
 132 static void secp256k1_ecmult_gen(const secp256k1_ecmult_gen_context *ctx, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *gn) {
 133     secp256k1_ge add;
 134     secp256k1_ge_storage adds;
 135     secp256k1_scalar gnb;
 136     int bits;
 137     int i, j;
 138     memset(&adds, 0, sizeof(adds));
 139     *r = ctx->initial;
 140     /* Blind scalar/point multiplication by computing (n-b)G + bG instead of nG. */
 141     secp256k1_scalar_add(&gnb, gn, &ctx->blind);
 142     add.infinity = 0;
 143     for (j = 0; j < 64; j++) {
 144         bits = secp256k1_scalar_get_bits(&gnb, j * 4, 4);
 145         for (i = 0; i < 16; i++) {
 146             /** This uses a conditional move to avoid any secret data in array indexes.
 147              *   _Any_ use of secret indexes has been demonstrated to result in timing
 148              *   sidechannels, even when the cache-line access patterns are uniform.
 149              *  See also:
 150              *   "A word of warning", CHES 2013 Rump Session, by Daniel J. Bernstein and Peter Schwabe
 151              *    (https://cryptojedi.org/peter/data/chesrump-20130822.pdf) and
 152              *   "Cache Attacks and Countermeasures: the Case of AES", RSA 2006,
 153              *    by Dag Arne Osvik, Adi Shamir, and Eran Tromer
 154              *    (http://www.tau.ac.il/~tromer/papers/cache.pdf)
 155              */
 156             secp256k1_ge_storage_cmov(&adds, &(*ctx->prec)[j][i], i == bits);
 157         }
 158         secp256k1_ge_from_storage(&add, &adds);
 159         secp256k1_gej_add_ge(r, r, &add);
 160     }
 161     bits = 0;
 162     secp256k1_ge_clear(&add);
 163     secp256k1_scalar_clear(&gnb);
 164 }
 165
 166 /* Setup blinding values for secp256k1_ecmult_gen. */
 167 static void secp256k1_ecmult_gen_blind(secp256k1_ecmult_gen_context *ctx, const unsigned char *seed32) {
 168     secp256k1_scalar b;
 169     secp256k1_gej gb;
 170     secp256k1_fe s;
 171     unsigned char nonce32[32];
 172     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256 rng;
 173     int retry;
 174     unsigned char keydata[64] = {0};
 175     if (seed32 == NULL) {
 176         /* When seed is NULL, reset the initial point and blinding value. */
 177         secp256k1_gej_set_ge(&ctx->initial, &secp256k1_ge_const_g);
 178         secp256k1_gej_neg(&ctx->initial, &ctx->initial);
 179         secp256k1_scalar_set_int(&ctx->blind, 1);
 180     }
 181     /* The prior blinding value (if not reset) is chained forward by including it in the hash. */
 182     secp256k1_scalar_get_b32(nonce32, &ctx->blind);
 183     /** Using a CSPRNG allows a failure free interface, avoids needing large amounts of random data,
 184      *   and guards against weak or adversarial seeds.  This is a simpler and safer interface than
 185      *   asking the caller for blinding values directly and expecting them to retry on failure.
 186      */
 187     memcpy(keydata, nonce32, 32);
 188     if (seed32 != NULL) {
 189         memcpy(keydata + 32, seed32, 32);
 190     }
 191     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_initialize(&rng, keydata, seed32 ? 64 : 32);
 192     memset(keydata, 0, sizeof(keydata));
 193     /* Retry for out of range results to achieve uniformity. */
 194     do {
 195         secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_generate(&rng, nonce32, 32);
 196         retry = !secp256k1_fe_set_b32(&s, nonce32);
 197         retry |= secp256k1_fe_is_zero(&s);
 198     } while (retry); /* This branch true is cryptographically unreachable. Requires sha256_hmac output > Fp. */
 199     /* Randomize the projection to defend against multiplier sidechannels. */
 200     secp256k1_gej_rescale(&ctx->initial, &s);
 201     secp256k1_fe_clear(&s);
 202     do {
 203         secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_generate(&rng, nonce32, 32);
 204         secp256k1_scalar_set_b32(&b, nonce32, &retry);
 205         /* A blinding value of 0 works, but would undermine the projection hardening. */
 206         retry |= secp256k1_scalar_is_zero(&b);
 207     } while (retry); /* This branch true is cryptographically unreachable. Requires sha256_hmac output > order. */
 208     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_finalize(&rng);
 209     memset(nonce32, 0, 32);
 210     secp256k1_ecmult_gen(ctx, &gb, &b);
 211     secp256k1_scalar_negate(&b, &b);
 212     ctx->blind = b;
 213     ctx->initial = gb;
 214     secp256k1_scalar_clear(&b);
 215     secp256k1_gej_clear(&gb);
 216 }
 217
 218 #endif /* SECP256K1_ECMULT_GEN_IMPL_H */