]> Git Repo - secp256k1.git/blob - src/ecmult_impl.h
Fix bug in wnaf_fixed where the wnaf array is not completely zeroed when given a...
[secp256k1.git] / src / ecmult_impl.h
1 /*****************************************************************************
2  * Copyright (c) 2013, 2014, 2017 Pieter Wuille, Andrew Poelstra, Jonas Nick *
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_IMPL_H
8 #define SECP256K1_ECMULT_IMPL_H
9
10 #include <string.h>
11 #include <stdint.h>
12
13 #include "group.h"
14 #include "scalar.h"
15 #include "ecmult.h"
16
17 #if defined(EXHAUSTIVE_TEST_ORDER)
18 /* We need to lower these values for exhaustive tests because
19  * the tables cannot have infinities in them (this breaks the
20  * affine-isomorphism stuff which tracks z-ratios) */
21 #  if EXHAUSTIVE_TEST_ORDER > 128
22 #    define WINDOW_A 5
23 #    define WINDOW_G 8
24 #  elif EXHAUSTIVE_TEST_ORDER > 8
25 #    define WINDOW_A 4
26 #    define WINDOW_G 4
27 #  else
28 #    define WINDOW_A 2
29 #    define WINDOW_G 2
30 #  endif
31 #else
32 /* optimal for 128-bit and 256-bit exponents. */
33 #define WINDOW_A 5
34 /** larger numbers may result in slightly better performance, at the cost of
35     exponentially larger precomputed tables. */
36 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
37 /** Two tables for window size 15: 1.375 MiB. */
38 #define WINDOW_G 15
39 #else
40 /** One table for window size 16: 1.375 MiB. */
41 #define WINDOW_G 16
42 #endif
43 #endif
44
45 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
46     #define WNAF_BITS 128
47 #else
48     #define WNAF_BITS 256
49 #endif
50 #define WNAF_SIZE(w) ((WNAF_BITS + (w) - 1) / (w))
51
52 /** The number of entries a table with precomputed multiples needs to have. */
53 #define ECMULT_TABLE_SIZE(w) (1 << ((w)-2))
54
55 /* The number of objects allocated on the scratch space for ecmult_multi algorithms */
56 #define PIPPENGER_SCRATCH_OBJECTS 6
57 #define STRAUSS_SCRATCH_OBJECTS 6
58
59 #define PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW 12
60
61 /* Minimum number of points for which pippenger_wnaf is faster than strauss wnaf */
62 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
63     #define ECMULT_PIPPENGER_THRESHOLD 88
64 #else
65     #define ECMULT_PIPPENGER_THRESHOLD 160
66 #endif
67
68 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
69     #define ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH 5000000
70 #else
71     #define ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH 10000000
72 #endif
73
74 /** Fill a table 'prej' with precomputed odd multiples of a. Prej will contain
75  *  the values [1*a,3*a,...,(2*n-1)*a], so it space for n values. zr[0] will
76  *  contain prej[0].z / a.z. The other zr[i] values = prej[i].z / prej[i-1].z.
77  *  Prej's Z values are undefined, except for the last value.
78  */
79 static void secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(int n, secp256k1_gej *prej, secp256k1_fe *zr, const secp256k1_gej *a) {
80     secp256k1_gej d;
81     secp256k1_ge a_ge, d_ge;
82     int i;
83
84     VERIFY_CHECK(!a->infinity);
85
86     secp256k1_gej_double_var(&d, a, NULL);
87
88     /*
89      * Perform the additions on an isomorphism where 'd' is affine: drop the z coordinate
90      * of 'd', and scale the 1P starting value's x/y coordinates without changing its z.
91      */
92     d_ge.x = d.x;
93     d_ge.y = d.y;
94     d_ge.infinity = 0;
95
96     secp256k1_ge_set_gej_zinv(&a_ge, a, &d.z);
97     prej[0].x = a_ge.x;
98     prej[0].y = a_ge.y;
99     prej[0].z = a->z;
100     prej[0].infinity = 0;
101
102     zr[0] = d.z;
103     for (i = 1; i < n; i++) {
104         secp256k1_gej_add_ge_var(&prej[i], &prej[i-1], &d_ge, &zr[i]);
105     }
106
107     /*
108      * Each point in 'prej' has a z coordinate too small by a factor of 'd.z'. Only
109      * the final point's z coordinate is actually used though, so just update that.
110      */
111     secp256k1_fe_mul(&prej[n-1].z, &prej[n-1].z, &d.z);
112 }
113
114 /** Fill a table 'pre' with precomputed odd multiples of a.
115  *
116  *  There are two versions of this function:
117  *  - secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_globalz_windowa which brings its
118  *    resulting point set to a single constant Z denominator, stores the X and Y
119  *    coordinates as ge_storage points in pre, and stores the global Z in rz.
120  *    It only operates on tables sized for WINDOW_A wnaf multiples.
121  *  - secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var, which converts its
122  *    resulting point set to actually affine points, and stores those in pre.
123  *    It operates on tables of any size, but uses heap-allocated temporaries.
124  *
125  *  To compute a*P + b*G, we compute a table for P using the first function,
126  *  and for G using the second (which requires an inverse, but it only needs to
127  *  happen once).
128  */
129 static void secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_globalz_windowa(secp256k1_ge *pre, secp256k1_fe *globalz, const secp256k1_gej *a) {
130     secp256k1_gej prej[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
131     secp256k1_fe zr[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
132
133     /* Compute the odd multiples in Jacobian form. */
134     secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), prej, zr, a);
135     /* Bring them to the same Z denominator. */
136     secp256k1_ge_globalz_set_table_gej(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), pre, globalz, prej, zr);
137 }
138
139 static void secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var(int n, secp256k1_ge_storage *pre, const secp256k1_gej *a, const secp256k1_callback *cb) {
140     secp256k1_gej *prej = (secp256k1_gej*)checked_malloc(cb, sizeof(secp256k1_gej) * n);
141     secp256k1_ge *prea = (secp256k1_ge*)checked_malloc(cb, sizeof(secp256k1_ge) * n);
142     secp256k1_fe *zr = (secp256k1_fe*)checked_malloc(cb, sizeof(secp256k1_fe) * n);
143     int i;
144
145     /* Compute the odd multiples in Jacobian form. */
146     secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(n, prej, zr, a);
147     /* Convert them in batch to affine coordinates. */
148     secp256k1_ge_set_table_gej_var(prea, prej, zr, n);
149     /* Convert them to compact storage form. */
150     for (i = 0; i < n; i++) {
151         secp256k1_ge_to_storage(&pre[i], &prea[i]);
152     }
153
154     free(prea);
155     free(prej);
156     free(zr);
157 }
158
159 /** The following two macro retrieves a particular odd multiple from a table
160  *  of precomputed multiples. */
161 #define ECMULT_TABLE_GET_GE(r,pre,n,w) do { \
162     VERIFY_CHECK(((n) & 1) == 1); \
163     VERIFY_CHECK((n) >= -((1 << ((w)-1)) - 1)); \
164     VERIFY_CHECK((n) <=  ((1 << ((w)-1)) - 1)); \
165     if ((n) > 0) { \
166         *(r) = (pre)[((n)-1)/2]; \
167     } else { \
168         secp256k1_ge_neg((r), &(pre)[(-(n)-1)/2]); \
169     } \
170 } while(0)
171
172 #define ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(r,pre,n,w) do { \
173     VERIFY_CHECK(((n) & 1) == 1); \
174     VERIFY_CHECK((n) >= -((1 << ((w)-1)) - 1)); \
175     VERIFY_CHECK((n) <=  ((1 << ((w)-1)) - 1)); \
176     if ((n) > 0) { \
177         secp256k1_ge_from_storage((r), &(pre)[((n)-1)/2]); \
178     } else { \
179         secp256k1_ge_from_storage((r), &(pre)[(-(n)-1)/2]); \
180         secp256k1_ge_neg((r), (r)); \
181     } \
182 } while(0)
183
184 static void secp256k1_ecmult_context_init(secp256k1_ecmult_context *ctx) {
185     ctx->pre_g = NULL;
186 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
187     ctx->pre_g_128 = NULL;
188 #endif
189 }
190
191 static void secp256k1_ecmult_context_build(secp256k1_ecmult_context *ctx, const secp256k1_callback *cb) {
192     secp256k1_gej gj;
193
194     if (ctx->pre_g != NULL) {
195         return;
196     }
197
198     /* get the generator */
199     secp256k1_gej_set_ge(&gj, &secp256k1_ge_const_g);
200
201     ctx->pre_g = (secp256k1_ge_storage (*)[])checked_malloc(cb, sizeof((*ctx->pre_g)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G));
202
203     /* precompute the tables with odd multiples */
204     secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G), *ctx->pre_g, &gj, cb);
205
206 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
207     {
208         secp256k1_gej g_128j;
209         int i;
210
211         ctx->pre_g_128 = (secp256k1_ge_storage (*)[])checked_malloc(cb, sizeof((*ctx->pre_g_128)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G));
212
213         /* calculate 2^128*generator */
214         g_128j = gj;
215         for (i = 0; i < 128; i++) {
216             secp256k1_gej_double_var(&g_128j, &g_128j, NULL);
217         }
218         secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G), *ctx->pre_g_128, &g_128j, cb);
219     }
220 #endif
221 }
222
223 static void secp256k1_ecmult_context_clone(secp256k1_ecmult_context *dst,
224                                            const secp256k1_ecmult_context *src, const secp256k1_callback *cb) {
225     if (src->pre_g == NULL) {
226         dst->pre_g = NULL;
227     } else {
228         size_t size = sizeof((*dst->pre_g)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G);
229         dst->pre_g = (secp256k1_ge_storage (*)[])checked_malloc(cb, size);
230         memcpy(dst->pre_g, src->pre_g, size);
231     }
232 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
233     if (src->pre_g_128 == NULL) {
234         dst->pre_g_128 = NULL;
235     } else {
236         size_t size = sizeof((*dst->pre_g_128)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G);
237         dst->pre_g_128 = (secp256k1_ge_storage (*)[])checked_malloc(cb, size);
238         memcpy(dst->pre_g_128, src->pre_g_128, size);
239     }
240 #endif
241 }
242
243 static int secp256k1_ecmult_context_is_built(const secp256k1_ecmult_context *ctx) {
244     return ctx->pre_g != NULL;
245 }
246
247 static void secp256k1_ecmult_context_clear(secp256k1_ecmult_context *ctx) {
248     free(ctx->pre_g);
249 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
250     free(ctx->pre_g_128);
251 #endif
252     secp256k1_ecmult_context_init(ctx);
253 }
254
255 /** Convert a number to WNAF notation. The number becomes represented by sum(2^i * wnaf[i], i=0..bits),
256  *  with the following guarantees:
257  *  - each wnaf[i] is either 0, or an odd integer between -(1<<(w-1) - 1) and (1<<(w-1) - 1)
258  *  - two non-zero entries in wnaf are separated by at least w-1 zeroes.
259  *  - the number of set values in wnaf is returned. This number is at most 256, and at most one more
260  *    than the number of bits in the (absolute value) of the input.
261  */
262 static int secp256k1_ecmult_wnaf(int *wnaf, int len, const secp256k1_scalar *a, int w) {
263     secp256k1_scalar s = *a;
264     int last_set_bit = -1;
265     int bit = 0;
266     int sign = 1;
267     int carry = 0;
268
269     VERIFY_CHECK(wnaf != NULL);
270     VERIFY_CHECK(0 <= len && len <= 256);
271     VERIFY_CHECK(a != NULL);
272     VERIFY_CHECK(2 <= w && w <= 31);
273
274     memset(wnaf, 0, len * sizeof(wnaf[0]));
275
276     if (secp256k1_scalar_get_bits(&s, 255, 1)) {
277         secp256k1_scalar_negate(&s, &s);
278         sign = -1;
279     }
280
281     while (bit < len) {
282         int now;
283         int word;
284         if (secp256k1_scalar_get_bits(&s, bit, 1) == (unsigned int)carry) {
285             bit++;
286             continue;
287         }
288
289         now = w;
290         if (now > len - bit) {
291             now = len - bit;
292         }
293
294         word = secp256k1_scalar_get_bits_var(&s, bit, now) + carry;
295
296         carry = (word >> (w-1)) & 1;
297         word -= carry << w;
298
299         wnaf[bit] = sign * word;
300         last_set_bit = bit;
301
302         bit += now;
303     }
304 #ifdef VERIFY
305     CHECK(carry == 0);
306     while (bit < 256) {
307         CHECK(secp256k1_scalar_get_bits(&s, bit++, 1) == 0);
308     } 
309 #endif
310     return last_set_bit + 1;
311 }
312
313 struct secp256k1_strauss_point_state {
314 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
315     secp256k1_scalar na_1, na_lam;
316     int wnaf_na_1[130];
317     int wnaf_na_lam[130];
318     int bits_na_1;
319     int bits_na_lam;
320 #else
321     int wnaf_na[256];
322     int bits_na;
323 #endif
324     size_t input_pos;
325 };
326
327 struct secp256k1_strauss_state {
328     secp256k1_gej* prej;
329     secp256k1_fe* zr;
330     secp256k1_ge* pre_a;
331 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
332     secp256k1_ge* pre_a_lam;
333 #endif
334     struct secp256k1_strauss_point_state* ps;
335 };
336
337 static void secp256k1_ecmult_strauss_wnaf(const secp256k1_ecmult_context *ctx, const struct secp256k1_strauss_state *state, secp256k1_gej *r, int num, const secp256k1_gej *a, const secp256k1_scalar *na, const secp256k1_scalar *ng) {
338     secp256k1_ge tmpa;
339     secp256k1_fe Z;
340 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
341     /* Splitted G factors. */
342     secp256k1_scalar ng_1, ng_128;
343     int wnaf_ng_1[129];
344     int bits_ng_1 = 0;
345     int wnaf_ng_128[129];
346     int bits_ng_128 = 0;
347 #else
348     int wnaf_ng[256];
349     int bits_ng = 0;
350 #endif
351     int i;
352     int bits = 0;
353     int np;
354     int no = 0;
355
356     for (np = 0; np < num; ++np) {
357         if (secp256k1_scalar_is_zero(&na[np]) || secp256k1_gej_is_infinity(&a[np])) {
358             continue;
359         }
360         state->ps[no].input_pos = np;
361 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
362         /* split na into na_1 and na_lam (where na = na_1 + na_lam*lambda, and na_1 and na_lam are ~128 bit) */
363         secp256k1_scalar_split_lambda(&state->ps[no].na_1, &state->ps[no].na_lam, &na[np]);
364
365         /* build wnaf representation for na_1 and na_lam. */
366         state->ps[no].bits_na_1   = secp256k1_ecmult_wnaf(state->ps[no].wnaf_na_1,   130, &state->ps[no].na_1,   WINDOW_A);
367         state->ps[no].bits_na_lam = secp256k1_ecmult_wnaf(state->ps[no].wnaf_na_lam, 130, &state->ps[no].na_lam, WINDOW_A);
368         VERIFY_CHECK(state->ps[no].bits_na_1 <= 130);
369         VERIFY_CHECK(state->ps[no].bits_na_lam <= 130);
370         if (state->ps[no].bits_na_1 > bits) {
371             bits = state->ps[no].bits_na_1;
372         }
373         if (state->ps[no].bits_na_lam > bits) {
374             bits = state->ps[no].bits_na_lam;
375         }
376 #else
377         /* build wnaf representation for na. */
378         state->ps[no].bits_na     = secp256k1_ecmult_wnaf(state->ps[no].wnaf_na,     256, &na[np],      WINDOW_A);
379         if (state->ps[no].bits_na > bits) {
380             bits = state->ps[no].bits_na;
381         }
382 #endif
383         ++no;
384     }
385
386     /* Calculate odd multiples of a.
387      * All multiples are brought to the same Z 'denominator', which is stored
388      * in Z. Due to secp256k1' isomorphism we can do all operations pretending
389      * that the Z coordinate was 1, use affine addition formulae, and correct
390      * the Z coordinate of the result once at the end.
391      * The exception is the precomputed G table points, which are actually
392      * affine. Compared to the base used for other points, they have a Z ratio
393      * of 1/Z, so we can use secp256k1_gej_add_zinv_var, which uses the same
394      * isomorphism to efficiently add with a known Z inverse.
395      */
396     if (no > 0) {
397         /* Compute the odd multiples in Jacobian form. */
398         secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), state->prej, state->zr, &a[state->ps[0].input_pos]);
399         for (np = 1; np < no; ++np) {
400             secp256k1_gej tmp = a[state->ps[np].input_pos];
401 #ifdef VERIFY
402             secp256k1_fe_normalize_var(&(state->prej[(np - 1) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) - 1].z));
403 #endif
404             secp256k1_gej_rescale(&tmp, &(state->prej[(np - 1) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) - 1].z));
405             secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), state->prej + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), state->zr + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), &tmp);
406             secp256k1_fe_mul(state->zr + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), state->zr + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), &(a[state->ps[np].input_pos].z));
407         }
408         /* Bring them to the same Z denominator. */
409         secp256k1_ge_globalz_set_table_gej(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * no, state->pre_a, &Z, state->prej, state->zr);
410     } else {
411         secp256k1_fe_set_int(&Z, 1);
412     }
413
414 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
415     for (np = 0; np < no; ++np) {
416         for (i = 0; i < ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A); i++) {
417             secp256k1_ge_mul_lambda(&state->pre_a_lam[np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + i], &state->pre_a[np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + i]);
418         }
419     }
420
421     if (ng) {
422         /* split ng into ng_1 and ng_128 (where gn = gn_1 + gn_128*2^128, and gn_1 and gn_128 are ~128 bit) */
423         secp256k1_scalar_split_128(&ng_1, &ng_128, ng);
424
425         /* Build wnaf representation for ng_1 and ng_128 */
426         bits_ng_1   = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng_1,   129, &ng_1,   WINDOW_G);
427         bits_ng_128 = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng_128, 129, &ng_128, WINDOW_G);
428         if (bits_ng_1 > bits) {
429             bits = bits_ng_1;
430         }
431         if (bits_ng_128 > bits) {
432             bits = bits_ng_128;
433         }
434     }
435 #else
436     if (ng) {
437         bits_ng     = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng,     256, ng,      WINDOW_G);
438         if (bits_ng > bits) {
439             bits = bits_ng;
440         }
441     }
442 #endif
443
444     secp256k1_gej_set_infinity(r);
445
446     for (i = bits - 1; i >= 0; i--) {
447         int n;
448         secp256k1_gej_double_var(r, r, NULL);
449 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
450         for (np = 0; np < no; ++np) {
451             if (i < state->ps[np].bits_na_1 && (n = state->ps[np].wnaf_na_1[i])) {
452                 ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, state->pre_a + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), n, WINDOW_A);
453                 secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa, NULL);
454             }
455             if (i < state->ps[np].bits_na_lam && (n = state->ps[np].wnaf_na_lam[i])) {
456                 ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, state->pre_a_lam + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), n, WINDOW_A);
457                 secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa, NULL);
458             }
459         }
460         if (i < bits_ng_1 && (n = wnaf_ng_1[i])) {
461             ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(&tmpa, *ctx->pre_g, n, WINDOW_G);
462             secp256k1_gej_add_zinv_var(r, r, &tmpa, &Z);
463         }
464         if (i < bits_ng_128 && (n = wnaf_ng_128[i])) {
465             ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(&tmpa, *ctx->pre_g_128, n, WINDOW_G);
466             secp256k1_gej_add_zinv_var(r, r, &tmpa, &Z);
467         }
468 #else
469         for (np = 0; np < no; ++np) {
470             if (i < state->ps[np].bits_na && (n = state->ps[np].wnaf_na[i])) {
471                 ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, state->pre_a + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), n, WINDOW_A);
472                 secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa, NULL);
473             }
474         }
475         if (i < bits_ng && (n = wnaf_ng[i])) {
476             ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(&tmpa, *ctx->pre_g, n, WINDOW_G);
477             secp256k1_gej_add_zinv_var(r, r, &tmpa, &Z);
478         }
479 #endif
480     }
481
482     if (!r->infinity) {
483         secp256k1_fe_mul(&r->z, &r->z, &Z);
484     }
485 }
486
487 static void secp256k1_ecmult(const secp256k1_ecmult_context *ctx, secp256k1_gej *r, const secp256k1_gej *a, const secp256k1_scalar *na, const secp256k1_scalar *ng) {
488     secp256k1_gej prej[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
489     secp256k1_fe zr[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
490     secp256k1_ge pre_a[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
491     struct secp256k1_strauss_point_state ps[1];
492 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
493     secp256k1_ge pre_a_lam[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
494 #endif
495     struct secp256k1_strauss_state state;
496
497     state.prej = prej;
498     state.zr = zr;
499     state.pre_a = pre_a;
500 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
501     state.pre_a_lam = pre_a_lam;
502 #endif
503     state.ps = ps;
504     secp256k1_ecmult_strauss_wnaf(ctx, &state, r, 1, a, na, ng);
505 }
506
507 static size_t secp256k1_strauss_scratch_size(size_t n_points) {
508 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
509     static const size_t point_size = (2 * sizeof(secp256k1_ge) + sizeof(secp256k1_gej) + sizeof(secp256k1_fe)) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + sizeof(struct secp256k1_strauss_point_state) + sizeof(secp256k1_gej) + sizeof(secp256k1_scalar);
510 #else
511     static const size_t point_size = (sizeof(secp256k1_ge) + sizeof(secp256k1_gej) + sizeof(secp256k1_fe)) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + sizeof(struct secp256k1_strauss_point_state) + sizeof(secp256k1_gej) + sizeof(secp256k1_scalar);
512 #endif
513     return n_points*point_size;
514 }
515
516 static int secp256k1_ecmult_strauss_batch(const secp256k1_ecmult_context *ctx, secp256k1_scratch *scratch, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *inp_g_sc, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void *cbdata, size_t n_points, size_t cb_offset) {
517     secp256k1_gej* points;
518     secp256k1_scalar* scalars;
519     struct secp256k1_strauss_state state;
520     size_t i;
521
522     secp256k1_gej_set_infinity(r);
523     if (inp_g_sc == NULL && n_points == 0) {
524         return 1;
525     }
526
527     if (!secp256k1_scratch_resize(scratch, secp256k1_strauss_scratch_size(n_points), STRAUSS_SCRATCH_OBJECTS)) {
528         return 0;
529     }
530     secp256k1_scratch_reset(scratch);
531     points = (secp256k1_gej*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * sizeof(secp256k1_gej));
532     scalars = (secp256k1_scalar*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * sizeof(secp256k1_scalar));
533     state.prej = (secp256k1_gej*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_gej));
534     state.zr = (secp256k1_fe*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_fe));
535 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
536     state.pre_a = (secp256k1_ge*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * 2 * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_ge));
537     state.pre_a_lam = state.pre_a + n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A);
538 #else
539     state.pre_a = (secp256k1_ge*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_ge));
540 #endif
541     state.ps = (struct secp256k1_strauss_point_state*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * sizeof(struct secp256k1_strauss_point_state));
542
543     for (i = 0; i < n_points; i++) {
544         secp256k1_ge point;
545         if (!cb(&scalars[i], &point, i+cb_offset, cbdata)) return 0;
546         secp256k1_gej_set_ge(&points[i], &point);
547     }
548     secp256k1_ecmult_strauss_wnaf(ctx, &state, r, n_points, points, scalars, inp_g_sc);
549     return 1;
550 }
551
552 /* Wrapper for secp256k1_ecmult_multi_func interface */
553 static int secp256k1_ecmult_strauss_batch_single(const secp256k1_ecmult_context *actx, secp256k1_scratch *scratch, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *inp_g_sc, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void *cbdata, size_t n) {
554     return secp256k1_ecmult_strauss_batch(actx, scratch, r, inp_g_sc, cb, cbdata, n, 0);
555 }
556
557 static size_t secp256k1_strauss_max_points(secp256k1_scratch *scratch) {
558     return secp256k1_scratch_max_allocation(scratch, STRAUSS_SCRATCH_OBJECTS) / secp256k1_strauss_scratch_size(1);
559 }
560
561 /** Convert a number to WNAF notation.
562  *  The number becomes represented by sum(2^{wi} * wnaf[i], i=0..WNAF_SIZE(w)+1) - return_val.
563  *  It has the following guarantees:
564  *  - each wnaf[i] is either 0 or an odd integer between -(1 << w) and (1 << w)
565  *  - the number of words set is always WNAF_SIZE(w)
566  *  - the returned skew is 0 or 1
567  */
568 static int secp256k1_wnaf_fixed(int *wnaf, const secp256k1_scalar *s, int w) {
569     int skew = 0;
570     int pos = 1;
571     const secp256k1_scalar *work = s;
572
573     if (secp256k1_scalar_is_zero(s)) {
574         for (pos = 0; pos < WNAF_SIZE(w); pos++) {
575             wnaf[pos] = 0;
576         }
577         return 0;
578     }
579
580     if (secp256k1_scalar_is_even(s)) {
581         skew = 1;
582     }
583
584     wnaf[0] = secp256k1_scalar_get_bits_var(work, 0, w) + skew;
585
586     while (pos * w < WNAF_BITS) {
587         int now = w;
588         int val;
589         if (now + pos * w > WNAF_BITS) {
590             now = WNAF_BITS - pos * w;
591         }
592         val = secp256k1_scalar_get_bits_var(work, pos * w, now);
593         if ((val & 1) == 0) {
594             wnaf[pos - 1] -= (1 << w);
595             wnaf[pos] = (val + 1);
596         } else {
597             wnaf[pos] = val;
598         }
599         /* Set a coefficient to zero if it is 1 or -1 and the proceeding digit
600          * is strictly negative or strictly positive respectively. Only change
601          * coefficients at previous positions because above code assumes that
602          * wnaf[pos - 1] is odd.
603          */
604         if (pos >= 2 && ((wnaf[pos - 1] == 1 && wnaf[pos - 2] < 0) || (wnaf[pos - 1] == -1 && wnaf[pos - 2] > 0))) {
605             if (wnaf[pos - 1] == 1) {
606                 wnaf[pos - 2] += 1 << w;
607             } else {
608                 wnaf[pos - 2] -= 1 << w;
609             }
610             wnaf[pos - 1] = 0;
611         }
612         ++pos;
613     }
614     VERIFY_CHECK(pos == WNAF_SIZE(w));
615
616     return skew;
617 }
618
619 struct secp256k1_pippenger_point_state {
620     int skew_na;
621     size_t input_pos;
622 };
623
624 struct secp256k1_pippenger_state {
625     int *wnaf_na;
626     struct secp256k1_pippenger_point_state* ps;
627 };
628
629 /*
630  * pippenger_wnaf computes the result of a multi-point multiplication as
631  * follows: The scalars are brought into wnaf with n_wnaf elements each. Then
632  * for every i < n_wnaf, first each point is added to a "bucket" corresponding
633  * to the point's wnaf[i]. Second, the buckets are added together such that
634  * r += 1*bucket[0] + 3*bucket[1] + 5*bucket[2] + ...
635  */
636 static int secp256k1_ecmult_pippenger_wnaf(secp256k1_gej *buckets, int bucket_window, struct secp256k1_pippenger_state *state, secp256k1_gej *r, secp256k1_scalar *sc, secp256k1_ge *pt, size_t num) {
637     size_t n_wnaf = WNAF_SIZE(bucket_window+1);
638     size_t np;
639     size_t no = 0;
640     int i;
641     int j;
642
643     for (np = 0; np < num; ++np) {
644         if (secp256k1_scalar_is_zero(&sc[np]) || secp256k1_ge_is_infinity(&pt[np])) {
645             continue;
646         }
647         state->ps[no].input_pos = np;
648         state->ps[no].skew_na = secp256k1_wnaf_fixed(&state->wnaf_na[no*n_wnaf], &sc[np], bucket_window+1);
649         no++;
650     }
651     secp256k1_gej_set_infinity(r);
652
653     if (no == 0) {
654         return 1;
655     }
656
657     for (i = n_wnaf - 1; i >= 0; i--) {
658         secp256k1_gej running_sum;
659
660         for(j = 0; j < ECMULT_TABLE_SIZE(bucket_window+2); j++) {
661             secp256k1_gej_set_infinity(&buckets[j]);
662         }
663
664         for (np = 0; np < no; ++np) {
665             int n = state->wnaf_na[np*n_wnaf + i];
666             struct secp256k1_pippenger_point_state point_state = state->ps[np];
667             secp256k1_ge tmp;
668             int idx;
669
670             if (i == 0) {
671                 /* correct for wnaf skew */
672                 int skew = point_state.skew_na;
673                 if (skew) {
674                     secp256k1_ge_neg(&tmp, &pt[point_state.input_pos]);
675                     secp256k1_gej_add_ge_var(&buckets[0], &buckets[0], &tmp, NULL);
676                 }
677             }
678             if (n > 0) {
679                 idx = (n - 1)/2;
680                 secp256k1_gej_add_ge_var(&buckets[idx], &buckets[idx], &pt[point_state.input_pos], NULL);
681             } else if (n < 0) {
682                 idx = -(n + 1)/2;
683                 secp256k1_ge_neg(&tmp, &pt[point_state.input_pos]);
684                 secp256k1_gej_add_ge_var(&buckets[idx], &buckets[idx], &tmp, NULL);
685             }
686         }
687
688         for(j = 0; j < bucket_window; j++) {
689             secp256k1_gej_double_var(r, r, NULL);
690         }
691
692         secp256k1_gej_set_infinity(&running_sum);
693         /* Accumulate the sum: bucket[0] + 3*bucket[1] + 5*bucket[2] + 7*bucket[3] + ...
694          *                   = bucket[0] +   bucket[1] +   bucket[2] +   bucket[3] + ...
695          *                   +         2 *  (bucket[1] + 2*bucket[2] + 3*bucket[3] + ...)
696          * using an intermediate running sum:
697          * running_sum = bucket[0] +   bucket[1] +   bucket[2] + ...
698          *
699          * The doubling is done implicitly by deferring the final window doubling (of 'r').
700          */
701         for(j = ECMULT_TABLE_SIZE(bucket_window+2) - 1; j > 0; j--) {
702             secp256k1_gej_add_var(&running_sum, &running_sum, &buckets[j], NULL);
703             secp256k1_gej_add_var(r, r, &running_sum, NULL);
704         }
705
706         secp256k1_gej_add_var(&running_sum, &running_sum, &buckets[0], NULL);
707         secp256k1_gej_double_var(r, r, NULL);
708         secp256k1_gej_add_var(r, r, &running_sum, NULL);
709     }
710     return 1;
711 }
712
713 /**
714  * Returns optimal bucket_window (number of bits of a scalar represented by a
715  * set of buckets) for a given number of points.
716  */
717 static int secp256k1_pippenger_bucket_window(size_t n) {
718 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
719     if (n <= 1) {
720         return 1;
721     } else if (n <= 4) {
722         return 2;
723     } else if (n <= 20) {
724         return 3;
725     } else if (n <= 57) {
726         return 4;
727     } else if (n <= 136) {
728         return 5;
729     } else if (n <= 235) {
730         return 6;
731     } else if (n <= 1260) {
732         return 7;
733     } else if (n <= 4420) {
734         return 9;
735     } else if (n <= 7880) {
736         return 10;
737     } else if (n <= 16050) {
738         return 11;
739     } else {
740         return PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW;
741     }
742 #else
743     if (n <= 1) {
744         return 1;
745     } else if (n <= 11) {
746         return 2;
747     } else if (n <= 45) {
748         return 3;
749     } else if (n <= 100) {
750         return 4;
751     } else if (n <= 275) {
752         return 5;
753     } else if (n <= 625) {
754         return 6;
755     } else if (n <= 1850) {
756         return 7;
757     } else if (n <= 3400) {
758         return 8;
759     } else if (n <= 9630) {
760         return 9;
761     } else if (n <= 17900) {
762         return 10;
763     } else if (n <= 32800) {
764         return 11;
765     } else {
766         return PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW;
767     }
768 #endif
769 }
770
771 /**
772  * Returns the maximum optimal number of points for a bucket_window.
773  */
774 static size_t secp256k1_pippenger_bucket_window_inv(int bucket_window) {
775     switch(bucket_window) {
776 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
777         case 1: return 1;
778         case 2: return 4;
779         case 3: return 20;
780         case 4: return 57;
781         case 5: return 136;
782         case 6: return 235;
783         case 7: return 1260;
784         case 8: return 1260;
785         case 9: return 4420;
786         case 10: return 7880;
787         case 11: return 16050;
788         case PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW: return SIZE_MAX;
789 #else
790         case 1: return 1;
791         case 2: return 11;
792         case 3: return 45;
793         case 4: return 100;
794         case 5: return 275;
795         case 6: return 625;
796         case 7: return 1850;
797         case 8: return 3400;
798         case 9: return 9630;
799         case 10: return 17900;
800         case 11: return 32800;
801         case PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW: return SIZE_MAX;
802 #endif
803     }
804     return 0;
805 }
806
807
808 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
809 SECP256K1_INLINE static void secp256k1_ecmult_endo_split(secp256k1_scalar *s1, secp256k1_scalar *s2, secp256k1_ge *p1, secp256k1_ge *p2) {
810     secp256k1_scalar tmp = *s1;
811     secp256k1_scalar_split_lambda(s1, s2, &tmp);
812     secp256k1_ge_mul_lambda(p2, p1);
813
814     if (secp256k1_scalar_is_high(s1)) {
815         secp256k1_scalar_negate(s1, s1);
816         secp256k1_ge_neg(p1, p1);
817     }
818     if (secp256k1_scalar_is_high(s2)) {
819         secp256k1_scalar_negate(s2, s2);
820         secp256k1_ge_neg(p2, p2);
821     }
822 }
823 #endif
824
825 /**
826  * Returns the scratch size required for a given number of points (excluding
827  * base point G) without considering alignment.
828  */
829 static size_t secp256k1_pippenger_scratch_size(size_t n_points, int bucket_window) {
830 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
831     size_t entries = 2*n_points + 2;
832 #else
833     size_t entries = n_points + 1;
834 #endif
835     size_t entry_size = sizeof(secp256k1_ge) + sizeof(secp256k1_scalar) + sizeof(struct secp256k1_pippenger_point_state) + (WNAF_SIZE(bucket_window+1)+1)*sizeof(int);
836     return ((1<<bucket_window) * sizeof(secp256k1_gej) + sizeof(struct secp256k1_pippenger_state) + entries * entry_size);
837 }
838
839 static int secp256k1_ecmult_pippenger_batch(const secp256k1_ecmult_context *ctx, secp256k1_scratch *scratch, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *inp_g_sc, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void *cbdata, size_t n_points, size_t cb_offset) {
840     /* Use 2(n+1) with the endomorphism, n+1 without, when calculating batch
841      * sizes. The reason for +1 is that we add the G scalar to the list of
842      * other scalars. */
843 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
844     size_t entries = 2*n_points + 2;
845 #else
846     size_t entries = n_points + 1;
847 #endif
848     secp256k1_ge *points;
849     secp256k1_scalar *scalars;
850     secp256k1_gej *buckets;
851     struct secp256k1_pippenger_state *state_space;
852     size_t idx = 0;
853     size_t point_idx = 0;
854     int i, j;
855     int bucket_window;
856
857     (void)ctx;
858     secp256k1_gej_set_infinity(r);
859     if (inp_g_sc == NULL && n_points == 0) {
860         return 1;
861     }
862
863     bucket_window = secp256k1_pippenger_bucket_window(n_points);
864     if (!secp256k1_scratch_resize(scratch, secp256k1_pippenger_scratch_size(n_points, bucket_window), PIPPENGER_SCRATCH_OBJECTS)) {
865         return 0;
866     }
867     secp256k1_scratch_reset(scratch);
868     points = (secp256k1_ge *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries * sizeof(*points));
869     scalars = (secp256k1_scalar *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries * sizeof(*scalars));
870     state_space = (struct secp256k1_pippenger_state *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, sizeof(*state_space));
871     state_space->ps = (struct secp256k1_pippenger_point_state *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries * sizeof(*state_space->ps));
872     state_space->wnaf_na = (int *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries*(WNAF_SIZE(bucket_window+1)) * sizeof(int));
873     buckets = (secp256k1_gej *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, (1<<bucket_window) * sizeof(*buckets));
874
875     if (inp_g_sc != NULL) {
876         scalars[0] = *inp_g_sc;
877         points[0] = secp256k1_ge_const_g;
878         idx++;
879 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
880         secp256k1_ecmult_endo_split(&scalars[0], &scalars[1], &points[0], &points[1]);
881         idx++;
882 #endif
883     }
884
885     while (point_idx < n_points) {
886         if (!cb(&scalars[idx], &points[idx], point_idx + cb_offset, cbdata)) {
887             return 0;
888         }
889         idx++;
890 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
891         secp256k1_ecmult_endo_split(&scalars[idx - 1], &scalars[idx], &points[idx - 1], &points[idx]);
892         idx++;
893 #endif
894         point_idx++;
895     }
896
897     secp256k1_ecmult_pippenger_wnaf(buckets, bucket_window, state_space, r, scalars, points, idx);
898
899     /* Clear data */
900     for(i = 0; (size_t)i < idx; i++) {
901         secp256k1_scalar_clear(&scalars[i]);
902         state_space->ps[i].skew_na = 0;
903         for(j = 0; j < WNAF_SIZE(bucket_window+1); j++) {
904             state_space->wnaf_na[i * WNAF_SIZE(bucket_window+1) + j] = 0;
905         }
906     }
907     for(i = 0; i < 1<<bucket_window; i++) {
908         secp256k1_gej_clear(&buckets[i]);
909     }
910     return 1;
911 }
912
913 /* Wrapper for secp256k1_ecmult_multi_func interface */
914 static int secp256k1_ecmult_pippenger_batch_single(const secp256k1_ecmult_context *actx, secp256k1_scratch *scratch, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *inp_g_sc, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void *cbdata, size_t n) {
915     return secp256k1_ecmult_pippenger_batch(actx, scratch, r, inp_g_sc, cb, cbdata, n, 0);
916 }
917
918 /**
919  * Returns the maximum number of points in addition to G that can be used with
920  * a given scratch space. The function ensures that fewer points may also be
921  * used.
922  */
923 static size_t secp256k1_pippenger_max_points(secp256k1_scratch *scratch) {
924     size_t max_alloc = secp256k1_scratch_max_allocation(scratch, PIPPENGER_SCRATCH_OBJECTS);
925     int bucket_window;
926     size_t res = 0;
927
928     for (bucket_window = 1; bucket_window <= PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW; bucket_window++) {
929         size_t n_points;
930         size_t max_points = secp256k1_pippenger_bucket_window_inv(bucket_window);
931         size_t space_for_points;
932         size_t space_overhead;
933         size_t entry_size = sizeof(secp256k1_ge) + sizeof(secp256k1_scalar) + sizeof(struct secp256k1_pippenger_point_state) + (WNAF_SIZE(bucket_window+1)+1)*sizeof(int);
934
935 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
936         entry_size = 2*entry_size;
937 #endif
938         space_overhead = ((1<<bucket_window) * sizeof(secp256k1_gej) + entry_size + sizeof(struct secp256k1_pippenger_state));
939         if (space_overhead > max_alloc) {
940             break;
941         }
942         space_for_points = max_alloc - space_overhead;
943
944         n_points = space_for_points/entry_size;
945         n_points = n_points > max_points ? max_points : n_points;
946         if (n_points > res) {
947             res = n_points;
948         }
949         if (n_points < max_points) {
950             /* A larger bucket_window may support even more points. But if we
951              * would choose that then the caller couldn't safely use any number
952              * smaller than what this function returns */
953             break;
954         }
955     }
956     return res;
957 }
958
959 typedef int (*secp256k1_ecmult_multi_func)(const secp256k1_ecmult_context*, secp256k1_scratch*, secp256k1_gej*, const secp256k1_scalar*, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void*, size_t);
960 static int secp256k1_ecmult_multi_var(const secp256k1_ecmult_context *ctx, secp256k1_scratch *scratch, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *inp_g_sc, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void *cbdata, size_t n) {
961     size_t i;
962
963     int (*f)(const secp256k1_ecmult_context*, secp256k1_scratch*, secp256k1_gej*, const secp256k1_scalar*, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void*, size_t, size_t);
964     size_t max_points;
965     size_t n_batches;
966     size_t n_batch_points;
967
968     secp256k1_gej_set_infinity(r);
969     if (inp_g_sc == NULL && n == 0) {
970         return 1;
971     } else if (n == 0) {
972         secp256k1_scalar szero;
973         secp256k1_scalar_set_int(&szero, 0);
974         secp256k1_ecmult(ctx, r, r, &szero, inp_g_sc);
975         return 1;
976     }
977
978     max_points = secp256k1_pippenger_max_points(scratch);
979     if (max_points == 0) {
980         return 0;
981     } else if (max_points > ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH) {
982         max_points = ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH;
983     }
984     n_batches = (n+max_points-1)/max_points;
985     n_batch_points = (n+n_batches-1)/n_batches;
986
987     if (n_batch_points >= ECMULT_PIPPENGER_THRESHOLD) {
988         f = secp256k1_ecmult_pippenger_batch;
989     } else {
990         max_points = secp256k1_strauss_max_points(scratch);
991         if (max_points == 0) {
992             return 0;
993         }
994         n_batches = (n+max_points-1)/max_points;
995         n_batch_points = (n+n_batches-1)/n_batches;
996         f = secp256k1_ecmult_strauss_batch;
997     }
998     for(i = 0; i < n_batches; i++) {
999         size_t nbp = n < n_batch_points ? n : n_batch_points;
1000         size_t offset = n_batch_points*i;
1001         secp256k1_gej tmp;
1002         if (!f(ctx, scratch, &tmp, i == 0 ? inp_g_sc : NULL, cb, cbdata, nbp, offset)) {
1003             return 0;
1004         }
1005         secp256k1_gej_add_var(r, r, &tmp, NULL);
1006         n -= nbp;
1007     }
1008     return 1;
1009 }
1010
1011 #endif /* SECP256K1_ECMULT_IMPL_H */
This page took 0.080029 seconds and 4 git commands to generate.