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, void **prealloc) {
  30 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  31     secp256k1_ge prec[ECMULT_GEN_PREC_N * ECMULT_GEN_PREC_G];
  32     secp256k1_gej gj;
  33     secp256k1_gej nums_gej;
  34     int i, j;
  35     size_t const prealloc_size = SECP256K1_ECMULT_GEN_CONTEXT_PREALLOCATED_SIZE;
  36     void* const base = *prealloc;
  37 #endif
  38
  39     if (ctx->prec != NULL) {
  40         return;
  41     }
  42 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  43     ctx->prec = (secp256k1_ge_storage (*)[ECMULT_GEN_PREC_N][ECMULT_GEN_PREC_G])manual_alloc(prealloc, prealloc_size, base, prealloc_size);
  44
  45     /* get the generator */
  46     secp256k1_gej_set_ge(&gj, &secp256k1_ge_const_g);
  47
  48     /* Construct a group element with no known corresponding scalar (nothing up my sleeve). */
  49     {
  50         static const unsigned char nums_b32[33] = "The scalar for this x is unknown";
  51         secp256k1_fe nums_x;
  52         secp256k1_ge nums_ge;
  53         int r;
  54         r = secp256k1_fe_set_b32(&nums_x, nums_b32);
  55         (void)r;
  56         VERIFY_CHECK(r);
  57         r = secp256k1_ge_set_xo_var(&nums_ge, &nums_x, 0);
  58         (void)r;
  59         VERIFY_CHECK(r);
  60         secp256k1_gej_set_ge(&nums_gej, &nums_ge);
  61         /* Add G to make the bits in x uniformly distributed. */
  62         secp256k1_gej_add_ge_var(&nums_gej, &nums_gej, &secp256k1_ge_const_g, NULL);
  63     }
  64
  65     /* compute prec. */
  66     {
  67         secp256k1_gej precj[ECMULT_GEN_PREC_N * ECMULT_GEN_PREC_G]; /* Jacobian versions of prec. */
  68         secp256k1_gej gbase;
  69         secp256k1_gej numsbase;
  70         gbase = gj; /* PREC_G^j * G */
  71         numsbase = nums_gej; /* 2^j * nums. */
  72         for (j = 0; j < ECMULT_GEN_PREC_N; j++) {
  73             /* Set precj[j*PREC_G .. j*PREC_G+(PREC_G-1)] to (numsbase, numsbase + gbase, ..., numsbase + (PREC_G-1)*gbase). */
  74             precj[j*ECMULT_GEN_PREC_G] = numsbase;
  75             for (i = 1; i < ECMULT_GEN_PREC_G; i++) {
  76                 secp256k1_gej_add_var(&precj[j*ECMULT_GEN_PREC_G + i], &precj[j*ECMULT_GEN_PREC_G + i - 1], &gbase, NULL);
  77             }
  78             /* Multiply gbase by PREC_G. */
  79             for (i = 0; i < ECMULT_GEN_PREC_B; i++) {
  80                 secp256k1_gej_double_var(&gbase, &gbase, NULL);
  81             }
  82             /* Multiply numbase by 2. */
  83             secp256k1_gej_double_var(&numsbase, &numsbase, NULL);
  84             if (j == ECMULT_GEN_PREC_N - 2) {
  85                 /* In the last iteration, numsbase is (1 - 2^j) * nums instead. */
  86                 secp256k1_gej_neg(&numsbase, &numsbase);
  87                 secp256k1_gej_add_var(&numsbase, &numsbase, &nums_gej, NULL);
  88             }
  89         }
  90         secp256k1_ge_set_all_gej_var(prec, precj, ECMULT_GEN_PREC_N * ECMULT_GEN_PREC_G);
  91     }
  92     for (j = 0; j < ECMULT_GEN_PREC_N; j++) {
  93         for (i = 0; i < ECMULT_GEN_PREC_G; i++) {
  94             secp256k1_ge_to_storage(&(*ctx->prec)[j][i], &prec[j*ECMULT_GEN_PREC_G + i]);
  95         }
  96     }
  97 #else
  98     (void)prealloc;
  99     ctx->prec = (secp256k1_ge_storage (*)[ECMULT_GEN_PREC_N][ECMULT_GEN_PREC_G])secp256k1_ecmult_static_context;
 100 #endif
 101     secp256k1_ecmult_gen_blind(ctx, NULL);
 102 }
 103
 104 static int secp256k1_ecmult_gen_context_is_built(const secp256k1_ecmult_gen_context* ctx) {
 105     return ctx->prec != NULL;
 106 }
 107
 108 static void secp256k1_ecmult_gen_context_finalize_memcpy(secp256k1_ecmult_gen_context *dst, const secp256k1_ecmult_gen_context *src) {
 109 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
 110     if (src->prec != NULL) {
 111         /* We cast to void* first to suppress a -Wcast-align warning. */
 112         dst->prec = (secp256k1_ge_storage (*)[ECMULT_GEN_PREC_N][ECMULT_GEN_PREC_G])(void*)((unsigned char*)dst + ((unsigned char*)src->prec - (unsigned char*)src));
 113     }
 114 #else
 115     (void)dst, (void)src;
 116 #endif
 117 }
 118
 119 static void secp256k1_ecmult_gen_context_clear(secp256k1_ecmult_gen_context *ctx) {
 120     secp256k1_scalar_clear(&ctx->blind);
 121     secp256k1_gej_clear(&ctx->initial);
 122     ctx->prec = NULL;
 123 }
 124
 125 static void secp256k1_ecmult_gen(const secp256k1_ecmult_gen_context *ctx, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *gn) {
 126     secp256k1_ge add;
 127     secp256k1_ge_storage adds;
 128     secp256k1_scalar gnb;
 129     int bits;
 130     int i, j;
 131     memset(&adds, 0, sizeof(adds));
 132     *r = ctx->initial;
 133     /* Blind scalar/point multiplication by computing (n-b)G + bG instead of nG. */
 134     secp256k1_scalar_add(&gnb, gn, &ctx->blind);
 135     add.infinity = 0;
 136     for (j = 0; j < ECMULT_GEN_PREC_N; j++) {
 137         bits = secp256k1_scalar_get_bits(&gnb, j * ECMULT_GEN_PREC_B, ECMULT_GEN_PREC_B);
 138         for (i = 0; i < ECMULT_GEN_PREC_G; i++) {
 139             /** This uses a conditional move to avoid any secret data in array indexes.
 140              *   _Any_ use of secret indexes has been demonstrated to result in timing
 141              *   sidechannels, even when the cache-line access patterns are uniform.
 142              *  See also:
 143              *   "A word of warning", CHES 2013 Rump Session, by Daniel J. Bernstein and Peter Schwabe
 144              *    (https://cryptojedi.org/peter/data/chesrump-20130822.pdf) and
 145              *   "Cache Attacks and Countermeasures: the Case of AES", RSA 2006,
 146              *    by Dag Arne Osvik, Adi Shamir, and Eran Tromer
 147              *    (http://www.tau.ac.il/~tromer/papers/cache.pdf)
 148              */
 149             secp256k1_ge_storage_cmov(&adds, &(*ctx->prec)[j][i], i == bits);
 150         }
 151         secp256k1_ge_from_storage(&add, &adds);
 152         secp256k1_gej_add_ge(r, r, &add);
 153     }
 154     bits = 0;
 155     secp256k1_ge_clear(&add);
 156     secp256k1_scalar_clear(&gnb);
 157 }
 158
 159 /* Setup blinding values for secp256k1_ecmult_gen. */
 160 static void secp256k1_ecmult_gen_blind(secp256k1_ecmult_gen_context *ctx, const unsigned char *seed32) {
 161     secp256k1_scalar b;
 162     secp256k1_gej gb;
 163     secp256k1_fe s;
 164     unsigned char nonce32[32];
 165     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256 rng;
 166     int retry;
 167     unsigned char keydata[64] = {0};
 168     if (seed32 == NULL) {
 169         /* When seed is NULL, reset the initial point and blinding value. */
 170         secp256k1_gej_set_ge(&ctx->initial, &secp256k1_ge_const_g);
 171         secp256k1_gej_neg(&ctx->initial, &ctx->initial);
 172         secp256k1_scalar_set_int(&ctx->blind, 1);
 173     }
 174     /* The prior blinding value (if not reset) is chained forward by including it in the hash. */
 175     secp256k1_scalar_get_b32(nonce32, &ctx->blind);
 176     /** Using a CSPRNG allows a failure free interface, avoids needing large amounts of random data,
 177      *   and guards against weak or adversarial seeds.  This is a simpler and safer interface than
 178      *   asking the caller for blinding values directly and expecting them to retry on failure.
 179      */
 180     memcpy(keydata, nonce32, 32);
 181     if (seed32 != NULL) {
 182         memcpy(keydata + 32, seed32, 32);
 183     }
 184     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_initialize(&rng, keydata, seed32 ? 64 : 32);
 185     memset(keydata, 0, sizeof(keydata));
 186     /* Retry for out of range results to achieve uniformity. */
 187     do {
 188         secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_generate(&rng, nonce32, 32);
 189         retry = !secp256k1_fe_set_b32(&s, nonce32);
 190         retry = retry || secp256k1_fe_is_zero(&s);
 191     } while (retry); /* This branch true is cryptographically unreachable. Requires sha256_hmac output > Fp. */
 192     /* Randomize the projection to defend against multiplier sidechannels. */
 193     secp256k1_gej_rescale(&ctx->initial, &s);
 194     secp256k1_fe_clear(&s);
 195     do {
 196         secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_generate(&rng, nonce32, 32);
 197         secp256k1_scalar_set_b32(&b, nonce32, &retry);
 198         /* A blinding value of 0 works, but would undermine the projection hardening. */
 199         retry = retry || secp256k1_scalar_is_zero(&b);
 200     } while (retry); /* This branch true is cryptographically unreachable. Requires sha256_hmac output > order. */
 201     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_finalize(&rng);
 202     memset(nonce32, 0, 32);
 203     secp256k1_ecmult_gen(ctx, &gb, &b);
 204     secp256k1_scalar_negate(&b, &b);
 205     ctx->blind = b;
 206     ctx->initial = gb;
 207     secp256k1_scalar_clear(&b);
 208     secp256k1_gej_clear(&gb);
 209 }
 210
 211 #endif /* SECP256K1_ECMULT_GEN_IMPL_H */