src/bench_ecmult.c

   1 /**********************************************************************
   2  * Copyright (c) 2017 Pieter Wuille                                   *
   3  * Distributed under the MIT software license, see the accompanying   *
   4  * file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.*
   5  **********************************************************************/
   6 #include <stdio.h>
   7
   8 #include "include/secp256k1.h"
   9
  10 #include "util.h"
  11 #include "hash_impl.h"
  12 #include "num_impl.h"
  13 #include "field_impl.h"
  14 #include "group_impl.h"
  15 #include "scalar_impl.h"
  16 #include "ecmult_impl.h"
  17 #include "bench.h"
  18 #include "secp256k1.c"
  19
  20 #define POINTS 32768
  21 #define ITERS 10000
  22
  23 typedef struct {
  24     /* Setup once in advance */
  25     secp256k1_context* ctx;
  26     secp256k1_scratch_space* scratch;
  27     secp256k1_scalar* scalars;
  28     secp256k1_ge* pubkeys;
  29     secp256k1_scalar* seckeys;
  30     secp256k1_gej* expected_output;
  31     secp256k1_ecmult_multi_func ecmult_multi;
  32
  33     /* Changes per test */
  34     size_t count;
  35     int includes_g;
  36
  37     /* Changes per test iteration */
  38     size_t offset1;
  39     size_t offset2;
  40
  41     /* Test output. */
  42     secp256k1_gej* output;
  43 } bench_data;
  44
  45 static int bench_callback(secp256k1_scalar* sc, secp256k1_ge* ge, size_t idx, void* arg) {
  46     bench_data* data = (bench_data*)arg;
  47     if (data->includes_g) ++idx;
  48     if (idx == 0) {
  49         *sc = data->scalars[data->offset1];
  50         *ge = secp256k1_ge_const_g;
  51     } else {
  52         *sc = data->scalars[(data->offset1 + idx) % POINTS];
  53         *ge = data->pubkeys[(data->offset2 + idx - 1) % POINTS];
  54     }
  55     return 1;
  56 }
  57
  58 static void bench_ecmult(void* arg) {
  59     bench_data* data = (bench_data*)arg;
  60
  61     size_t count = data->count;
  62     int includes_g = data->includes_g;
  63     size_t iters = 1 + ITERS / count;
  64     size_t iter;
  65
  66     for (iter = 0; iter < iters; ++iter) {
  67         data->ecmult_multi(&data->ctx->error_callback, &data->ctx->ecmult_ctx, data->scratch, &data->output[iter], data->includes_g ? &data->scalars[data->offset1] : NULL, bench_callback, arg, count - includes_g);
  68         data->offset1 = (data->offset1 + count) % POINTS;
  69         data->offset2 = (data->offset2 + count - 1) % POINTS;
  70     }
  71 }
  72
  73 static void bench_ecmult_setup(void* arg) {
  74     bench_data* data = (bench_data*)arg;
  75     data->offset1 = (data->count * 0x537b7f6f + 0x8f66a481) % POINTS;
  76     data->offset2 = (data->count * 0x7f6f537b + 0x6a1a8f49) % POINTS;
  77 }
  78
  79 static void bench_ecmult_teardown(void* arg) {
  80     bench_data* data = (bench_data*)arg;
  81     size_t iters = 1 + ITERS / data->count;
  82     size_t iter;
  83     /* Verify the results in teardown, to avoid doing comparisons while benchmarking. */
  84     for (iter = 0; iter < iters; ++iter) {
  85         secp256k1_gej tmp;
  86         secp256k1_gej_add_var(&tmp, &data->output[iter], &data->expected_output[iter], NULL);
  87         CHECK(secp256k1_gej_is_infinity(&tmp));
  88     }
  89 }
  90
  91 static void generate_scalar(uint32_t num, secp256k1_scalar* scalar) {
  92     secp256k1_sha256 sha256;
  93     unsigned char c[11] = {'e', 'c', 'm', 'u', 'l', 't', 0, 0, 0, 0};
  94     unsigned char buf[32];
  95     int overflow = 0;
  96     c[6] = num;
  97     c[7] = num >> 8;
  98     c[8] = num >> 16;
  99     c[9] = num >> 24;
 100     secp256k1_sha256_initialize(&sha256);
 101     secp256k1_sha256_write(&sha256, c, sizeof(c));
 102     secp256k1_sha256_finalize(&sha256, buf);
 103     secp256k1_scalar_set_b32(scalar, buf, &overflow);
 104     CHECK(!overflow);
 105 }
 106
 107 static void run_test(bench_data* data, size_t count, int includes_g) {
 108     char str[32];
 109     static const secp256k1_scalar zero = SECP256K1_SCALAR_CONST(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0);
 110     size_t iters = 1 + ITERS / count;
 111     size_t iter;
 112
 113     data->count = count;
 114     data->includes_g = includes_g;
 115
 116     /* Compute (the negation of) the expected results directly. */
 117     data->offset1 = (data->count * 0x537b7f6f + 0x8f66a481) % POINTS;
 118     data->offset2 = (data->count * 0x7f6f537b + 0x6a1a8f49) % POINTS;
 119     for (iter = 0; iter < iters; ++iter) {
 120         secp256k1_scalar tmp;
 121         secp256k1_scalar total = data->scalars[(data->offset1++) % POINTS];
 122         size_t i = 0;
 123         for (i = 0; i + 1 < count; ++i) {
 124             secp256k1_scalar_mul(&tmp, &data->seckeys[(data->offset2++) % POINTS], &data->scalars[(data->offset1++) % POINTS]);
 125             secp256k1_scalar_add(&total, &total, &tmp);
 126         }
 127         secp256k1_scalar_negate(&total, &total);
 128         secp256k1_ecmult(&data->ctx->ecmult_ctx, &data->expected_output[iter], NULL, &zero, &total);
 129     }
 130
 131     /* Run the benchmark. */
 132     sprintf(str, includes_g ? "ecmult_%ig" : "ecmult_%i", (int)count);
 133     run_benchmark(str, bench_ecmult, bench_ecmult_setup, bench_ecmult_teardown, data, 10, count * (1 + ITERS / count));
 134 }
 135
 136 int main(int argc, char **argv) {
 137     bench_data data;
 138     int i, p;
 139     secp256k1_gej* pubkeys_gej;
 140     size_t scratch_size;
 141
 142     data.ctx = secp256k1_context_create(SECP256K1_CONTEXT_SIGN | SECP256K1_CONTEXT_VERIFY);
 143     scratch_size = secp256k1_strauss_scratch_size(POINTS) + STRAUSS_SCRATCH_OBJECTS*16;
 144     data.scratch = secp256k1_scratch_space_create(data.ctx, scratch_size);
 145     data.ecmult_multi = secp256k1_ecmult_multi_var;
 146
 147     if (argc > 1) {
 148         if(have_flag(argc, argv, "pippenger_wnaf")) {
 149             printf("Using pippenger_wnaf:\n");
 150             data.ecmult_multi = secp256k1_ecmult_pippenger_batch_single;
 151         } else if(have_flag(argc, argv, "strauss_wnaf")) {
 152             printf("Using strauss_wnaf:\n");
 153             data.ecmult_multi = secp256k1_ecmult_strauss_batch_single;
 154         } else if(have_flag(argc, argv, "simple")) {
 155             printf("Using simple algorithm:\n");
 156             data.ecmult_multi = secp256k1_ecmult_multi_var;
 157             secp256k1_scratch_space_destroy(data.ctx, data.scratch);
 158             data.scratch = NULL;
 159         } else {
 160             fprintf(stderr, "%s: unrecognized argument '%s'.\n", argv[0], argv[1]);
 161             fprintf(stderr, "Use 'pippenger_wnaf', 'strauss_wnaf', 'simple' or no argument to benchmark a combined algorithm.\n");
 162             return 1;
 163         }
 164     }
 165
 166     /* Allocate stuff */
 167     data.scalars = malloc(sizeof(secp256k1_scalar) * POINTS);
 168     data.seckeys = malloc(sizeof(secp256k1_scalar) * POINTS);
 169     data.pubkeys = malloc(sizeof(secp256k1_ge) * POINTS);
 170     data.expected_output = malloc(sizeof(secp256k1_gej) * (ITERS + 1));
 171     data.output = malloc(sizeof(secp256k1_gej) * (ITERS + 1));
 172
 173     /* Generate a set of scalars, and private/public keypairs. */
 174     pubkeys_gej = malloc(sizeof(secp256k1_gej) * POINTS);
 175     secp256k1_gej_set_ge(&pubkeys_gej[0], &secp256k1_ge_const_g);
 176     secp256k1_scalar_set_int(&data.seckeys[0], 1);
 177     for (i = 0; i < POINTS; ++i) {
 178         generate_scalar(i, &data.scalars[i]);
 179         if (i) {
 180             secp256k1_gej_double_var(&pubkeys_gej[i], &pubkeys_gej[i - 1], NULL);
 181             secp256k1_scalar_add(&data.seckeys[i], &data.seckeys[i - 1], &data.seckeys[i - 1]);
 182         }
 183     }
 184     secp256k1_ge_set_all_gej_var(data.pubkeys, pubkeys_gej, POINTS);
 185     free(pubkeys_gej);
 186
 187     for (i = 1; i <= 8; ++i) {
 188         run_test(&data, i, 1);
 189     }
 190
 191     for (p = 0; p <= 11; ++p) {
 192         for (i = 9; i <= 16; ++i) {
 193             run_test(&data, i << p, 1);
 194         }
 195     }
 196     if (data.scratch != NULL) {
 197         secp256k1_scratch_space_destroy(data.ctx, data.scratch);
 198     }
 199     secp256k1_context_destroy(data.ctx);
 200     free(data.scalars);
 201     free(data.pubkeys);
 202     free(data.seckeys);
 203     free(data.output);
 204     free(data.expected_output);
 205
 206     return(0);
 207 }