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 "scalar.h"
  11 #include "group.h"
  12 #include "ecmult_gen.h"
  13 #include "hash_impl.h"
  14 #ifdef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  15 #include "ecmult_static_context.h"
  16 #endif
  17 static void secp256k1_ecmult_gen_context_init(secp256k1_ecmult_gen_context_t *ctx) {
  18     ctx->prec = NULL;
  19 }
  20
  21 static void secp256k1_ecmult_gen_context_build(secp256k1_ecmult_gen_context_t *ctx, const callback_t* cb) {
  22 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  23     secp256k1_ge_t prec[1024];
  24     secp256k1_gej_t gj;
  25     secp256k1_gej_t nums_gej;
  26     int i, j;
  27 #endif
  28
  29     if (ctx->prec != NULL) {
  30         return;
  31     }
  32 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  33     ctx->prec = (secp256k1_ge_storage_t (*)[64][16])checked_malloc(cb, sizeof(*ctx->prec));
  34
  35     /* get the generator */
  36     secp256k1_gej_set_ge(&gj, &secp256k1_ge_const_g);
  37
  38     /* Construct a group element with no known corresponding scalar (nothing up my sleeve). */
  39     {
  40         static const unsigned char nums_b32[33] = "The scalar for this x is unknown";
  41         secp256k1_fe_t nums_x;
  42         secp256k1_ge_t nums_ge;
  43         VERIFY_CHECK(secp256k1_fe_set_b32(&nums_x, nums_b32));
  44         VERIFY_CHECK(secp256k1_ge_set_xo_var(&nums_ge, &nums_x, 0));
  45         secp256k1_gej_set_ge(&nums_gej, &nums_ge);
  46         /* Add G to make the bits in x uniformly distributed. */
  47         secp256k1_gej_add_ge_var(&nums_gej, &nums_gej, &secp256k1_ge_const_g, NULL);
  48     }
  49
  50     /* compute prec. */
  51     {
  52         secp256k1_gej_t precj[1024]; /* Jacobian versions of prec. */
  53         secp256k1_gej_t gbase;
  54         secp256k1_gej_t numsbase;
  55         gbase = gj; /* 16^j * G */
  56         numsbase = nums_gej; /* 2^j * nums. */
  57         for (j = 0; j < 64; j++) {
  58             /* Set precj[j*16 .. j*16+15] to (numsbase, numsbase + gbase, ..., numsbase + 15*gbase). */
  59             precj[j*16] = numsbase;
  60             for (i = 1; i < 16; i++) {
  61                 secp256k1_gej_add_var(&precj[j*16 + i], &precj[j*16 + i - 1], &gbase, NULL);
  62             }
  63             /* Multiply gbase by 16. */
  64             for (i = 0; i < 4; i++) {
  65                 secp256k1_gej_double_var(&gbase, &gbase, NULL);
  66             }
  67             /* Multiply numbase by 2. */
  68             secp256k1_gej_double_var(&numsbase, &numsbase, NULL);
  69             if (j == 62) {
  70                 /* In the last iteration, numsbase is (1 - 2^j) * nums instead. */
  71                 secp256k1_gej_neg(&numsbase, &numsbase);
  72                 secp256k1_gej_add_var(&numsbase, &numsbase, &nums_gej, NULL);
  73             }
  74         }
  75         secp256k1_ge_set_all_gej_var(1024, prec, precj, cb);
  76     }
  77     for (j = 0; j < 64; j++) {
  78         for (i = 0; i < 16; i++) {
  79             secp256k1_ge_to_storage(&(*ctx->prec)[j][i], &prec[j*16 + i]);
  80         }
  81     }
  82 #else
  83     (void)cb;
  84     ctx->prec = (secp256k1_ge_storage_t (*)[64][16])secp256k1_ecmult_static_context;
  85 #endif
  86     secp256k1_ecmult_gen_blind(ctx, NULL);
  87 }
  88
  89 static int secp256k1_ecmult_gen_context_is_built(const secp256k1_ecmult_gen_context_t* ctx) {
  90     return ctx->prec != NULL;
  91 }
  92
  93 static void secp256k1_ecmult_gen_context_clone(secp256k1_ecmult_gen_context_t *dst,
  94                                                const secp256k1_ecmult_gen_context_t *src, const callback_t* cb) {
  95     if (src->prec == NULL) {
  96         dst->prec = NULL;
  97     } else {
  98 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
  99         dst->prec = (secp256k1_ge_storage_t (*)[64][16])checked_malloc(cb, sizeof(*dst->prec));
 100         memcpy(dst->prec, src->prec, sizeof(*dst->prec));
 101 #else
 102         (void)cb;
 103         dst->prec = src->prec;
 104 #endif
 105         dst->initial = src->initial;
 106         dst->blind = src->blind;
 107     }
 108 }
 109
 110 static void secp256k1_ecmult_gen_context_clear(secp256k1_ecmult_gen_context_t *ctx) {
 111 #ifndef USE_ECMULT_STATIC_PRECOMPUTATION
 112     free(ctx->prec);
 113 #endif
 114     secp256k1_scalar_clear(&ctx->blind);
 115     secp256k1_gej_clear(&ctx->initial);
 116     ctx->prec = NULL;
 117 }
 118
 119 static void secp256k1_ecmult_gen(const secp256k1_ecmult_gen_context_t *ctx, secp256k1_gej_t *r, const secp256k1_scalar_t *gn) {
 120     secp256k1_ge_t add;
 121     secp256k1_ge_storage_t adds;
 122     secp256k1_scalar_t gnb;
 123     int bits;
 124     int i, j;
 125     memset(&adds, 0, sizeof(adds));
 126     *r = ctx->initial;
 127     /* Blind scalar/point multiplication by computing (n-b)G + bG instead of nG. */
 128     secp256k1_scalar_add(&gnb, gn, &ctx->blind);
 129     add.infinity = 0;
 130     for (j = 0; j < 64; j++) {
 131         bits = secp256k1_scalar_get_bits(&gnb, j * 4, 4);
 132         for (i = 0; i < 16; i++) {
 133             /** This uses a conditional move to avoid any secret data in array indexes.
 134              *   _Any_ use of secret indexes has been demonstrated to result in timing
 135              *   sidechannels, even when the cache-line access patterns are uniform.
 136              *  See also:
 137              *   "A word of warning", CHES 2013 Rump Session, by Daniel J. Bernstein and Peter Schwabe
 138              *    (https://cryptojedi.org/peter/data/chesrump-20130822.pdf) and
 139              *   "Cache Attacks and Countermeasures: the Case of AES", RSA 2006,
 140              *    by Dag Arne Osvik, Adi Shamir, and Eran Tromer
 141              *    (http://www.tau.ac.il/~tromer/papers/cache.pdf)
 142              */
 143             secp256k1_ge_storage_cmov(&adds, &(*ctx->prec)[j][i], i == bits);
 144         }
 145         secp256k1_ge_from_storage(&add, &adds);
 146         secp256k1_gej_add_ge(r, r, &add);
 147     }
 148     bits = 0;
 149     secp256k1_ge_clear(&add);
 150     secp256k1_scalar_clear(&gnb);
 151 }
 152
 153 /* Setup blinding values for secp256k1_ecmult_gen. */
 154 static void secp256k1_ecmult_gen_blind(secp256k1_ecmult_gen_context_t *ctx, const unsigned char *seed32) {
 155     secp256k1_scalar_t b;
 156     secp256k1_gej_t gb;
 157     secp256k1_fe_t s;
 158     unsigned char nonce32[32];
 159     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_t rng;
 160     int retry;
 161     unsigned char keydata[64] = {0};
 162     if (!seed32) {
 163         /* When seed is NULL, reset the initial point and blinding value. */
 164         secp256k1_gej_set_ge(&ctx->initial, &secp256k1_ge_const_g);
 165         secp256k1_gej_neg(&ctx->initial, &ctx->initial);
 166         secp256k1_scalar_set_int(&ctx->blind, 1);
 167     }
 168     /* The prior blinding value (if not reset) is chained forward by including it in the hash. */
 169     secp256k1_scalar_get_b32(nonce32, &ctx->blind);
 170     /** Using a CSPRNG allows a failure free interface, avoids needing large amounts of random data,
 171      *   and guards against weak or adversarial seeds.  This is a simpler and safer interface than
 172      *   asking the caller for blinding values directly and expecting them to retry on failure.
 173      */
 174     memcpy(keydata, nonce32, 32);
 175     if (seed32) {
 176         memcpy(keydata + 32, seed32, 32);
 177     }
 178     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_initialize(&rng, keydata, seed32 ? 64 : 32);
 179     memset(keydata, 0, sizeof(keydata));
 180     /* Retry for out of range results to achieve uniformity. */
 181     do {
 182         secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_generate(&rng, nonce32, 32);
 183         retry = !secp256k1_fe_set_b32(&s, nonce32);
 184         retry |= secp256k1_fe_is_zero(&s);
 185     } while (retry);
 186     /* Randomize the projection to defend against multiplier sidechannels. */
 187     secp256k1_gej_rescale(&ctx->initial, &s);
 188     secp256k1_fe_clear(&s);
 189     do {
 190         secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_generate(&rng, nonce32, 32);
 191         secp256k1_scalar_set_b32(&b, nonce32, &retry);
 192         /* A blinding value of 0 works, but would undermine the projection hardening. */
 193         retry |= secp256k1_scalar_is_zero(&b);
 194     } while (retry);
 195     secp256k1_rfc6979_hmac_sha256_finalize(&rng);
 196     memset(nonce32, 0, 32);
 197     secp256k1_ecmult_gen(ctx, &gb, &b);
 198     secp256k1_scalar_negate(&b, &b);
 199     ctx->blind = b;
 200     ctx->initial = gb;
 201     secp256k1_scalar_clear(&b);
 202     secp256k1_gej_clear(&gb);
 203 }
 204
 205 #endif