]> Git Repo - secp256k1.git/blobdiff - src/ecmult_const_impl.h
Merge #699: Initialize field elements when resulting in infinity
[secp256k1.git] / src / ecmult_const_impl.h
index 956d5e4c0fee449c587a18c315433511c149cb81..55b61e49372cbc68d57464b4e59fd1cc72eacf6d 100644 (file)
  * file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.*
  **********************************************************************/
 
-#ifndef _SECP256K1_ECMULT_CONST_IMPL_
-#define _SECP256K1_ECMULT_CONST_IMPL_
+#ifndef SECP256K1_ECMULT_CONST_IMPL_H
+#define SECP256K1_ECMULT_CONST_IMPL_H
 
 #include "scalar.h"
 #include "group.h"
 #include "ecmult_const.h"
 #include "ecmult_impl.h"
 
-#define WNAF_BITS 256
-#define WNAF_SIZE(w) ((WNAF_BITS + (w) - 1) / (w))
-
 /* This is like `ECMULT_TABLE_GET_GE` but is constant time */
 #define ECMULT_CONST_TABLE_GET_GE(r,pre,n,w) do { \
-    int m; \
-    int abs_n = (n) * (((n) > 0) * 2 - 1); \
-    secp256k1_fe_t neg_y; \
+    int m = 0; \
+    /* Extract the sign-bit for a constant time absolute-value. */ \
+    int mask = (n) >> (sizeof(n) * CHAR_BIT - 1); \
+    int abs_n = ((n) + mask) ^ mask; \
+    int idx_n = abs_n >> 1; \
+    secp256k1_fe neg_y; \
     VERIFY_CHECK(((n) & 1) == 1); \
     VERIFY_CHECK((n) >= -((1 << ((w)-1)) - 1)); \
     VERIFY_CHECK((n) <=  ((1 << ((w)-1)) - 1)); \
-    for (m = 1; m < (1 << ((w) - 1)); m += 2) { \
+    VERIFY_SETUP(secp256k1_fe_clear(&(r)->x)); \
+    VERIFY_SETUP(secp256k1_fe_clear(&(r)->y)); \
+    /* Unconditionally set r->x = (pre)[m].x. r->y = (pre)[m].y. because it's either the correct one \
+     * or will get replaced in the later iterations, this is needed to make sure `r` is initialized. */ \
+    (r)->x = (pre)[m].x; \
+    (r)->y = (pre)[m].y; \
+    for (m = 1; m < ECMULT_TABLE_SIZE(w); m++) { \
         /* This loop is used to avoid secret data in array indices. See
          * the comment in ecmult_gen_impl.h for rationale. */ \
-        secp256k1_fe_cmov(&(r)->x, &(pre)[(m - 1) / 2].x, m == abs_n); \
-        secp256k1_fe_cmov(&(r)->y, &(pre)[(m - 1) / 2].y, m == abs_n); \
+        secp256k1_fe_cmov(&(r)->x, &(pre)[m].x, m == idx_n); \
+        secp256k1_fe_cmov(&(r)->y, &(pre)[m].y, m == idx_n); \
     } \
     (r)->infinity = 0; \
-    secp256k1_fe_normalize_weak(&(r)->x); \
-    secp256k1_fe_normalize_weak(&(r)->y); \
     secp256k1_fe_negate(&neg_y, &(r)->y, 1); \
     secp256k1_fe_cmov(&(r)->y, &neg_y, (n) != abs_n); \
 } while(0)
 
 
-/** Convert a number to WNAF notation. The number becomes represented by sum(2^{wi} * wnaf[i], i=0..return_val)
- *  with the following guarantees:
+/** Convert a number to WNAF notation.
+ *  The number becomes represented by sum(2^{wi} * wnaf[i], i=0..WNAF_SIZE(w)+1) - return_val.
+ *  It has the following guarantees:
  *  - each wnaf[i] an odd integer between -(1 << w) and (1 << w)
  *  - each wnaf[i] is nonzero
- *  - the number of words set is returned; this is always (WNAF_BITS + w - 1) / w
+ *  - the number of words set is always WNAF_SIZE(w) + 1
  *
  *  Adapted from `The Width-w NAF Method Provides Small Memory and Fast Elliptic Scalar
  *  Multiplications Secure against Side Channel Attacks`, Okeya and Tagaki. M. Joye (Ed.)
- *  CT-RSA 2003, LNCS 2612, pp. 328-443, 2003. Springer-Verlagy Berlin Heidelberg 2003
+ *  CT-RSA 2003, LNCS 2612, pp. 328-443, 2003. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003
  *
  *  Numbers reference steps of `Algorithm SPA-resistant Width-w NAF with Odd Scalar` on pp. 335
  */
-static void secp256k1_wnaf_const(int *wnaf, const secp256k1_scalar_t *a, int w) {
-    secp256k1_scalar_t s = *a;
-    /* Negate to force oddness */
-    int is_even = secp256k1_scalar_is_even(&s);
-    int global_sign = secp256k1_scalar_cond_negate(&s, is_even);
-
+static int secp256k1_wnaf_const(int *wnaf, const secp256k1_scalar *scalar, int w, int size) {
+    int global_sign;
+    int skew = 0;
     int word = 0;
+
     /* 1 2 3 */
-    int u_last = secp256k1_scalar_shr_int(&s, w);
+    int u_last;
     int u;
+
+    int flip;
+    int bit;
+    secp256k1_scalar s;
+    int not_neg_one;
+
+    VERIFY_CHECK(w > 0);
+    VERIFY_CHECK(size > 0);
+
+    /* Note that we cannot handle even numbers by negating them to be odd, as is
+     * done in other implementations, since if our scalars were specified to have
+     * width < 256 for performance reasons, their negations would have width 256
+     * and we'd lose any performance benefit. Instead, we use a technique from
+     * Section 4.2 of the Okeya/Tagaki paper, which is to add either 1 (for even)
+     * or 2 (for odd) to the number we are encoding, returning a skew value indicating
+     * this, and having the caller compensate after doing the multiplication.
+     *
+     * In fact, we _do_ want to negate numbers to minimize their bit-lengths (and in
+     * particular, to ensure that the outputs from the endomorphism-split fit into
+     * 128 bits). If we negate, the parity of our number flips, inverting which of
+     * {1, 2} we want to add to the scalar when ensuring that it's odd. Further
+     * complicating things, -1 interacts badly with `secp256k1_scalar_cadd_bit` and
+     * we need to special-case it in this logic. */
+    flip = secp256k1_scalar_is_high(scalar);
+    /* We add 1 to even numbers, 2 to odd ones, noting that negation flips parity */
+    bit = flip ^ !secp256k1_scalar_is_even(scalar);
+    /* We check for negative one, since adding 2 to it will cause an overflow */
+    secp256k1_scalar_negate(&s, scalar);
+    not_neg_one = !secp256k1_scalar_is_one(&s);
+    s = *scalar;
+    secp256k1_scalar_cadd_bit(&s, bit, not_neg_one);
+    /* If we had negative one, flip == 1, s.d[0] == 0, bit == 1, so caller expects
+     * that we added two to it and flipped it. In fact for -1 these operations are
+     * identical. We only flipped, but since skewing is required (in the sense that
+     * the skew must be 1 or 2, never zero) and flipping is not, we need to change
+     * our flags to claim that we only skewed. */
+    global_sign = secp256k1_scalar_cond_negate(&s, flip);
+    global_sign *= not_neg_one * 2 - 1;
+    skew = 1 << bit;
+
     /* 4 */
-    while (word * w < WNAF_BITS) {
-        int sign;
+    u_last = secp256k1_scalar_shr_int(&s, w);
+    do {
         int even;
 
         /* 4.1 4.4 */
         u = secp256k1_scalar_shr_int(&s, w);
         /* 4.2 */
         even = ((u & 1) == 0);
-        sign = 2 * (u_last > 0) - 1;
-        u += sign * even;
-        u_last -= sign * even * (1 << w);
+        /* In contrast to the original algorithm, u_last is always > 0 and
+         * therefore we do not need to check its sign. In particular, it's easy
+         * to see that u_last is never < 0 because u is never < 0. Moreover,
+         * u_last is never = 0 because u is never even after a loop
+         * iteration. The same holds analogously for the initial value of
+         * u_last (in the first loop iteration). */
+        VERIFY_CHECK(u_last > 0);
+        VERIFY_CHECK((u_last & 1) == 1);
+        u += even;
+        u_last -= even * (1 << w);
 
         /* 4.3, adapted for global sign change */
         wnaf[word++] = u_last * global_sign;
 
         u_last = u;
-    }
+    } while (word * w < size);
     wnaf[word] = u * global_sign;
 
     VERIFY_CHECK(secp256k1_scalar_is_zero(&s));
-    VERIFY_CHECK(word == WNAF_SIZE(w));
+    VERIFY_CHECK(word == WNAF_SIZE_BITS(size, w));
+    return skew;
 }
 
+static void secp256k1_ecmult_const(secp256k1_gej *r, const secp256k1_ge *a, const secp256k1_scalar *scalar, int size) {
+    secp256k1_ge pre_a[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+    secp256k1_ge tmpa;
+    secp256k1_fe Z;
 
-static void secp256k1_ecmult_const(secp256k1_gej_t *r, const secp256k1_ge_t *a, const secp256k1_scalar_t *scalar) {
-    secp256k1_ge_t pre_a[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
-    secp256k1_ge_t tmpa;
-    secp256k1_fe_t Z;
-
-    int wnaf[1 + WNAF_SIZE(WINDOW_A - 1)];
+    int skew_1;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    secp256k1_ge pre_a_lam[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+    int wnaf_lam[1 + WNAF_SIZE(WINDOW_A - 1)];
+    int skew_lam;
+    secp256k1_scalar q_1, q_lam;
+#endif
+    int wnaf_1[1 + WNAF_SIZE(WINDOW_A - 1)];
 
     int i;
-    int is_zero = secp256k1_scalar_is_zero(scalar);
-    secp256k1_scalar_t sc = *scalar;
-    /* the wNAF ladder cannot handle zero, so bump this to one .. we will
-     * correct the result after the fact */
-    sc.d[0] += is_zero;
 
     /* build wnaf representation for q. */
-    secp256k1_wnaf_const(wnaf, &sc, WINDOW_A - 1);
+    int rsize = size;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    if (size > 128) {
+        rsize = 128;
+        /* split q into q_1 and q_lam (where q = q_1 + q_lam*lambda, and q_1 and q_lam are ~128 bit) */
+        secp256k1_scalar_split_lambda(&q_1, &q_lam, scalar);
+        skew_1   = secp256k1_wnaf_const(wnaf_1,   &q_1,   WINDOW_A - 1, 128);
+        skew_lam = secp256k1_wnaf_const(wnaf_lam, &q_lam, WINDOW_A - 1, 128);
+    } else
+#endif
+    {
+        skew_1   = secp256k1_wnaf_const(wnaf_1, scalar, WINDOW_A - 1, size);
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        skew_lam = 0;
+#endif
+    }
 
     /* Calculate odd multiples of a.
      * All multiples are brought to the same Z 'denominator', which is stored
@@ -109,31 +176,99 @@ static void secp256k1_ecmult_const(secp256k1_gej_t *r, const secp256k1_ge_t *a,
      */
     secp256k1_gej_set_ge(r, a);
     secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_globalz_windowa(pre_a, &Z, r);
+    for (i = 0; i < ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A); i++) {
+        secp256k1_fe_normalize_weak(&pre_a[i].y);
+    }
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    if (size > 128) {
+        for (i = 0; i < ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A); i++) {
+            secp256k1_ge_mul_lambda(&pre_a_lam[i], &pre_a[i]);
+        }
+
+    }
+#endif
 
     /* first loop iteration (separated out so we can directly set r, rather
      * than having it start at infinity, get doubled several times, then have
      * its new value added to it) */
-    i = wnaf[WNAF_SIZE(WINDOW_A - 1)];
+    i = wnaf_1[WNAF_SIZE_BITS(rsize, WINDOW_A - 1)];
     VERIFY_CHECK(i != 0);
     ECMULT_CONST_TABLE_GET_GE(&tmpa, pre_a, i, WINDOW_A);
     secp256k1_gej_set_ge(r, &tmpa);
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    if (size > 128) {
+        i = wnaf_lam[WNAF_SIZE_BITS(rsize, WINDOW_A - 1)];
+        VERIFY_CHECK(i != 0);
+        ECMULT_CONST_TABLE_GET_GE(&tmpa, pre_a_lam, i, WINDOW_A);
+        secp256k1_gej_add_ge(r, r, &tmpa);
+    }
+#endif
     /* remaining loop iterations */
-    for (i = WNAF_SIZE(WINDOW_A - 1) - 1; i >= 0; i--) {
+    for (i = WNAF_SIZE_BITS(rsize, WINDOW_A - 1) - 1; i >= 0; i--) {
         int n;
         int j;
         for (j = 0; j < WINDOW_A - 1; ++j) {
-            secp256k1_gej_double_nonzero(r, r, NULL);
+            secp256k1_gej_double(r, r);
         }
-        n = wnaf[i];
-        VERIFY_CHECK(n != 0);
+
+        n = wnaf_1[i];
         ECMULT_CONST_TABLE_GET_GE(&tmpa, pre_a, n, WINDOW_A);
+        VERIFY_CHECK(n != 0);
         secp256k1_gej_add_ge(r, r, &tmpa);
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        if (size > 128) {
+            n = wnaf_lam[i];
+            ECMULT_CONST_TABLE_GET_GE(&tmpa, pre_a_lam, n, WINDOW_A);
+            VERIFY_CHECK(n != 0);
+            secp256k1_gej_add_ge(r, r, &tmpa);
+        }
+#endif
     }
 
     secp256k1_fe_mul(&r->z, &r->z, &Z);
 
-    /* correct for zero */
-    r->infinity |= is_zero;
-}
+    {
+        /* Correct for wNAF skew */
+        secp256k1_ge correction = *a;
+        secp256k1_ge_storage correction_1_stor;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        secp256k1_ge_storage correction_lam_stor;
+#endif
+        secp256k1_ge_storage a2_stor;
+        secp256k1_gej tmpj;
+        secp256k1_gej_set_ge(&tmpj, &correction);
+        secp256k1_gej_double_var(&tmpj, &tmpj, NULL);
+        secp256k1_ge_set_gej(&correction, &tmpj);
+        secp256k1_ge_to_storage(&correction_1_stor, a);
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        if (size > 128) {
+            secp256k1_ge_to_storage(&correction_lam_stor, a);
+        }
+#endif
+        secp256k1_ge_to_storage(&a2_stor, &correction);
 
+        /* For odd numbers this is 2a (so replace it), for even ones a (so no-op) */
+        secp256k1_ge_storage_cmov(&correction_1_stor, &a2_stor, skew_1 == 2);
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        if (size > 128) {
+            secp256k1_ge_storage_cmov(&correction_lam_stor, &a2_stor, skew_lam == 2);
+        }
 #endif
+
+        /* Apply the correction */
+        secp256k1_ge_from_storage(&correction, &correction_1_stor);
+        secp256k1_ge_neg(&correction, &correction);
+        secp256k1_gej_add_ge(r, r, &correction);
+
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        if (size > 128) {
+            secp256k1_ge_from_storage(&correction, &correction_lam_stor);
+            secp256k1_ge_neg(&correction, &correction);
+            secp256k1_ge_mul_lambda(&correction, &correction);
+            secp256k1_gej_add_ge(r, r, &correction);
+        }
+#endif
+    }
+}
+
+#endif /* SECP256K1_ECMULT_CONST_IMPL_H */
This page took 0.030279 seconds and 4 git commands to generate.