]> Git Repo - secp256k1.git/blobdiff - src/ecmult_impl.h
Merge #592: Use trivial algorithm in ecmult_multi if scratch space is small
[secp256k1.git] / src / ecmult_impl.h
index 58bede7285331515db7c84cc889a59e93c6f3f8f..f217e5b8addfabb003bb9890906b7b8a8264aa5f 100644 (file)
-/**********************************************************************
- * Copyright (c) 2013, 2014 Pieter Wuille                             *
- * Distributed under the MIT software license, see the accompanying   *
- * file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.*
- **********************************************************************/
+/*****************************************************************************
+ * Copyright (c) 2013, 2014, 2017 Pieter Wuille, Andrew Poelstra, Jonas Nick *
+ * Distributed under the MIT software license, see the accompanying          *
+ * file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.       *
+ *****************************************************************************/
 
-#ifndef _SECP256K1_ECMULT_IMPL_H_
-#define _SECP256K1_ECMULT_IMPL_H_
+#ifndef SECP256K1_ECMULT_IMPL_H
+#define SECP256K1_ECMULT_IMPL_H
 
+#include <string.h>
+#include <stdint.h>
+
+#include "util.h"
 #include "group.h"
 #include "scalar.h"
 #include "ecmult.h"
 
+#if defined(EXHAUSTIVE_TEST_ORDER)
+/* We need to lower these values for exhaustive tests because
+ * the tables cannot have infinities in them (this breaks the
+ * affine-isomorphism stuff which tracks z-ratios) */
+#  if EXHAUSTIVE_TEST_ORDER > 128
+#    define WINDOW_A 5
+#    define WINDOW_G 8
+#  elif EXHAUSTIVE_TEST_ORDER > 8
+#    define WINDOW_A 4
+#    define WINDOW_G 4
+#  else
+#    define WINDOW_A 2
+#    define WINDOW_G 2
+#  endif
+#else
 /* optimal for 128-bit and 256-bit exponents. */
-#define WINDOW_A 5
+#  define WINDOW_A 5
+/** Larger values for ECMULT_WINDOW_SIZE result in possibly better
+ *  performance at the cost of an exponentially larger precomputed
+ *  table. The exact table size is
+ *      (1 << (WINDOW_G - 2)) * sizeof(secp256k1_ge_storage)  bytes,
+ *  where sizeof(secp256k1_ge_storage) is typically 64 bytes but can
+ *  be larger due to platform-specific padding and alignment.
+ *  If the endomorphism optimization is enabled (USE_ENDOMORMPHSIM)
+ *  two tables of this size are used instead of only one.
+ */
+#  define WINDOW_G ECMULT_WINDOW_SIZE
+#endif
+
+/* Noone will ever need more than a window size of 24. The code might
+ * be correct for larger values of ECMULT_WINDOW_SIZE but this is not
+ * not tested.
+ *
+ * The following limitations are known, and there are probably more:
+ * If WINDOW_G > 27 and size_t has 32 bits, then the code is incorrect
+ * because the size of the memory object that we allocate (in bytes)
+ * will not fit in a size_t.
+ * If WINDOW_G > 31 and int has 32 bits, then the code is incorrect
+ * because certain expressions will overflow.
+ */
+#if ECMULT_WINDOW_SIZE < 2 || ECMULT_WINDOW_SIZE > 24
+#  error Set ECMULT_WINDOW_SIZE to an integer in range [2..24].
+#endif
+
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    #define WNAF_BITS 128
+#else
+    #define WNAF_BITS 256
+#endif
+#define WNAF_SIZE_BITS(bits, w) (((bits) + (w) - 1) / (w))
+#define WNAF_SIZE(w) WNAF_SIZE_BITS(WNAF_BITS, w)
+
+/** The number of entries a table with precomputed multiples needs to have. */
+#define ECMULT_TABLE_SIZE(w) (1 << ((w)-2))
+
+/* The number of objects allocated on the scratch space for ecmult_multi algorithms */
+#define PIPPENGER_SCRATCH_OBJECTS 6
+#define STRAUSS_SCRATCH_OBJECTS 6
+
+#define PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW 12
+
+/* Minimum number of points for which pippenger_wnaf is faster than strauss wnaf */
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    #define ECMULT_PIPPENGER_THRESHOLD 88
+#else
+    #define ECMULT_PIPPENGER_THRESHOLD 160
+#endif
 
-/** larger numbers may result in slightly better performance, at the cost of
-    exponentially larger precomputed tables. */
 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
-/** Two tables for window size 15: 1.375 MiB. */
-#define WINDOW_G 15
+    #define ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH 5000000
 #else
-/** One table for window size 16: 1.375 MiB. */
-#define WINDOW_G 16
+    #define ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH 10000000
 #endif
 
-/** Fill a table 'pre' with precomputed odd multiples of a. W determines the size of the table.
- *  pre will contains the values [1*a,3*a,5*a,...,(2^(w-1)-1)*a], so it needs place for
- *  2^(w-2) entries.
+/** Fill a table 'prej' with precomputed odd multiples of a. Prej will contain
+ *  the values [1*a,3*a,...,(2*n-1)*a], so it space for n values. zr[0] will
+ *  contain prej[0].z / a.z. The other zr[i] values = prej[i].z / prej[i-1].z.
+ *  Prej's Z values are undefined, except for the last value.
+ */
+static void secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(int n, secp256k1_gej *prej, secp256k1_fe *zr, const secp256k1_gej *a) {
+    secp256k1_gej d;
+    secp256k1_ge a_ge, d_ge;
+    int i;
+
+    VERIFY_CHECK(!a->infinity);
+
+    secp256k1_gej_double_var(&d, a, NULL);
+
+    /*
+     * Perform the additions on an isomorphism where 'd' is affine: drop the z coordinate
+     * of 'd', and scale the 1P starting value's x/y coordinates without changing its z.
+     */
+    d_ge.x = d.x;
+    d_ge.y = d.y;
+    d_ge.infinity = 0;
+
+    secp256k1_ge_set_gej_zinv(&a_ge, a, &d.z);
+    prej[0].x = a_ge.x;
+    prej[0].y = a_ge.y;
+    prej[0].z = a->z;
+    prej[0].infinity = 0;
+
+    zr[0] = d.z;
+    for (i = 1; i < n; i++) {
+        secp256k1_gej_add_ge_var(&prej[i], &prej[i-1], &d_ge, &zr[i]);
+    }
+
+    /*
+     * Each point in 'prej' has a z coordinate too small by a factor of 'd.z'. Only
+     * the final point's z coordinate is actually used though, so just update that.
+     */
+    secp256k1_fe_mul(&prej[n-1].z, &prej[n-1].z, &d.z);
+}
+
+/** Fill a table 'pre' with precomputed odd multiples of a.
  *
  *  There are two versions of this function:
- *  - secp256k1_ecmult_precomp_wnaf_gej, which operates on group elements in jacobian notation,
- *    fast to precompute, but slower to use in later additions.
- *  - secp256k1_ecmult_precomp_wnaf_ge, which operates on group elements in affine notations,
- *    (much) slower to precompute, but a bit faster to use in later additions.
- *  To compute a*P + b*G, we use the jacobian version for P, and the affine version for G, as
- *  G is constant, so it only needs to be done once in advance.
+ *  - secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_globalz_windowa which brings its
+ *    resulting point set to a single constant Z denominator, stores the X and Y
+ *    coordinates as ge_storage points in pre, and stores the global Z in rz.
+ *    It only operates on tables sized for WINDOW_A wnaf multiples.
+ *  - secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var, which converts its
+ *    resulting point set to actually affine points, and stores those in pre.
+ *    It operates on tables of any size, but uses heap-allocated temporaries.
+ *
+ *  To compute a*P + b*G, we compute a table for P using the first function,
+ *  and for G using the second (which requires an inverse, but it only needs to
+ *  happen once).
  */
-static void secp256k1_ecmult_table_precomp_gej_var(secp256k1_gej_t *pre, const secp256k1_gej_t *a, int w) {
-    pre[0] = *a;
-    secp256k1_gej_t d; secp256k1_gej_double_var(&d, &pre[0]);
-    for (int i=1; i<(1 << (w-2)); i++)
-        secp256k1_gej_add_var(&pre[i], &d, &pre[i-1]);
+static void secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_globalz_windowa(secp256k1_ge *pre, secp256k1_fe *globalz, const secp256k1_gej *a) {
+    secp256k1_gej prej[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+    secp256k1_fe zr[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+
+    /* Compute the odd multiples in Jacobian form. */
+    secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), prej, zr, a);
+    /* Bring them to the same Z denominator. */
+    secp256k1_ge_globalz_set_table_gej(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), pre, globalz, prej, zr);
 }
 
-static void secp256k1_ecmult_table_precomp_ge_var(secp256k1_ge_t *pre, const secp256k1_gej_t *a, int w) {
-    const int table_size = 1 << (w-2);
-    secp256k1_gej_t *prej = checked_malloc(sizeof(secp256k1_gej_t) * table_size);
-    prej[0] = *a;
-    secp256k1_gej_t d; secp256k1_gej_double_var(&d, a);
-    for (int i=1; i<table_size; i++) {
-        secp256k1_gej_add_var(&prej[i], &d, &prej[i-1]);
+static void secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var(const int n, secp256k1_ge_storage *pre, const secp256k1_gej *a) {
+    secp256k1_gej d;
+    secp256k1_ge d_ge, p_ge;
+    secp256k1_gej pj;
+    secp256k1_fe zi;
+    secp256k1_fe zr;
+    secp256k1_fe dx_over_dz_squared;
+    int i;
+
+    VERIFY_CHECK(!a->infinity);
+
+    secp256k1_gej_double_var(&d, a, NULL);
+
+    /* First, we perform all the additions in an isomorphic curve obtained by multiplying
+     * all `z` coordinates by 1/`d.z`. In these coordinates `d` is affine so we can use
+     * `secp256k1_gej_add_ge_var` to perform the additions. For each addition, we store
+     * the resulting y-coordinate and the z-ratio, since we only have enough memory to
+     * store two field elements. These are sufficient to efficiently undo the isomorphism
+     * and recompute all the `x`s.
+     */
+    d_ge.x = d.x;
+    d_ge.y = d.y;
+    d_ge.infinity = 0;
+
+    secp256k1_ge_set_gej_zinv(&p_ge, a, &d.z);
+    pj.x = p_ge.x;
+    pj.y = p_ge.y;
+    pj.z = a->z;
+    pj.infinity = 0;
+
+    for (i = 0; i < (n - 1); i++) {
+        secp256k1_fe_normalize_var(&pj.y);
+        secp256k1_fe_to_storage(&pre[i].y, &pj.y);
+        secp256k1_gej_add_ge_var(&pj, &pj, &d_ge, &zr);
+        secp256k1_fe_normalize_var(&zr);
+        secp256k1_fe_to_storage(&pre[i].x, &zr);
     }
-    secp256k1_ge_set_all_gej_var(table_size, pre, prej);
-    free(prej);
-}
 
-/** The number of entries a table with precomputed multiples needs to have. */
-#define ECMULT_TABLE_SIZE(w) (1 << ((w)-2))
+    /* Invert d.z in the same batch, preserving pj.z so we can extract 1/d.z */
+    secp256k1_fe_mul(&zi, &pj.z, &d.z);
+    secp256k1_fe_inv_var(&zi, &zi);
+
+    /* Directly set `pre[n - 1]` to `pj`, saving the inverted z-coordinate so
+     * that we can combine it with the saved z-ratios to compute the other zs
+     * without any more inversions. */
+    secp256k1_ge_set_gej_zinv(&p_ge, &pj, &zi);
+    secp256k1_ge_to_storage(&pre[n - 1], &p_ge);
+
+    /* Compute the actual x-coordinate of D, which will be needed below. */
+    secp256k1_fe_mul(&d.z, &zi, &pj.z);  /* d.z = 1/d.z */
+    secp256k1_fe_sqr(&dx_over_dz_squared, &d.z);
+    secp256k1_fe_mul(&dx_over_dz_squared, &dx_over_dz_squared, &d.x);
+
+    /* Going into the second loop, we have set `pre[n-1]` to its final affine
+     * form, but still need to set `pre[i]` for `i` in 0 through `n-2`. We
+     * have `zi = (p.z * d.z)^-1`, where
+     *
+     *     `p.z` is the z-coordinate of the point on the isomorphic curve
+     *           which was ultimately assigned to `pre[n-1]`.
+     *     `d.z` is the multiplier that must be applied to all z-coordinates
+     *           to move from our isomorphic curve back to secp256k1; so the
+     *           product `p.z * d.z` is the z-coordinate of the secp256k1
+     *           point assigned to `pre[n-1]`.
+     *
+     * All subsequent inverse-z-coordinates can be obtained by multiplying this
+     * factor by successive z-ratios, which is much more efficient than directly
+     * computing each one.
+     *
+     * Importantly, these inverse-zs will be coordinates of points on secp256k1,
+     * while our other stored values come from computations on the isomorphic
+     * curve. So in the below loop, we will take care not to actually use `zi`
+     * or any derived values until we're back on secp256k1.
+     */
+    i = n - 1;
+    while (i > 0) {
+        secp256k1_fe zi2, zi3;
+        const secp256k1_fe *rzr;
+        i--;
+
+        secp256k1_ge_from_storage(&p_ge, &pre[i]);
+
+        /* For each remaining point, we extract the z-ratio from the stored
+         * x-coordinate, compute its z^-1 from that, and compute the full
+         * point from that. */
+        rzr = &p_ge.x;
+        secp256k1_fe_mul(&zi, &zi, rzr);
+        secp256k1_fe_sqr(&zi2, &zi);
+        secp256k1_fe_mul(&zi3, &zi2, &zi);
+        /* To compute the actual x-coordinate, we use the stored z ratio and
+         * y-coordinate, which we obtained from `secp256k1_gej_add_ge_var`
+         * in the loop above, as well as the inverse of the square of its
+         * z-coordinate. We store the latter in the `zi2` variable, which is
+         * computed iteratively starting from the overall Z inverse then
+         * multiplying by each z-ratio in turn.
+         *
+         * Denoting the z-ratio as `rzr`, we observe that it is equal to `h`
+         * from the inside of the above `gej_add_ge_var` call. This satisfies
+         *
+         *    rzr = d_x * z^2 - x * d_z^2
+         *
+         * where (`d_x`, `d_z`) are Jacobian coordinates of `D` and `(x, z)`
+         * are Jacobian coordinates of our desired point -- except both are on
+         * the isomorphic curve that we were using when we called `gej_add_ge_var`.
+         * To get back to secp256k1, we must multiply both `z`s by `d_z`, or
+         * equivalently divide both `x`s by `d_z^2`. Our equation then becomes
+         *
+         *    rzr = d_x * z^2 / d_z^2 - x
+         *
+         * (The left-hand-side, being a ratio of z-coordinates, is unaffected
+         * by the isomorphism.)
+         *
+         * Rearranging to solve for `x`, we have
+         *
+         *     x = d_x * z^2 / d_z^2 - rzr
+         *
+         * But what we actually want is the affine coordinate `X = x/z^2`,
+         * which will satisfy
+         *
+         *     X = d_x / d_z^2 - rzr / z^2
+         *       = dx_over_dz_squared - rzr * zi2
+         */
+        secp256k1_fe_mul(&p_ge.x, rzr, &zi2);
+        secp256k1_fe_negate(&p_ge.x, &p_ge.x, 1);
+        secp256k1_fe_add(&p_ge.x, &dx_over_dz_squared);
+        /* y is stored_y/z^3, as we expect */
+        secp256k1_fe_mul(&p_ge.y, &p_ge.y, &zi3);
+        /* Store */
+        secp256k1_ge_to_storage(&pre[i], &p_ge);
+    }
+}
 
 /** The following two macro retrieves a particular odd multiple from a table
  *  of precomputed multiples. */
-#define ECMULT_TABLE_GET(r,pre,n,w,neg) do { \
+#define ECMULT_TABLE_GET_GE(r,pre,n,w) do { \
     VERIFY_CHECK(((n) & 1) == 1); \
     VERIFY_CHECK((n) >= -((1 << ((w)-1)) - 1)); \
     VERIFY_CHECK((n) <=  ((1 << ((w)-1)) - 1)); \
-    if ((n) > 0) \
+    if ((n) > 0) \
         *(r) = (pre)[((n)-1)/2]; \
-    else \
-        (neg)((r), &(pre)[(-(n)-1)/2]); \
+    } else { \
+        *(r) = (pre)[(-(n)-1)/2]; \
+        secp256k1_fe_negate(&((r)->y), &((r)->y), 1); \
+    } \
 } while(0)
 
-#define ECMULT_TABLE_GET_GEJ(r,pre,n,w) ECMULT_TABLE_GET((r),(pre),(n),(w),secp256k1_gej_neg)
-#define ECMULT_TABLE_GET_GE(r,pre,n,w)  ECMULT_TABLE_GET((r),(pre),(n),(w),secp256k1_ge_neg)
+#define ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(r,pre,n,w) do { \
+    VERIFY_CHECK(((n) & 1) == 1); \
+    VERIFY_CHECK((n) >= -((1 << ((w)-1)) - 1)); \
+    VERIFY_CHECK((n) <=  ((1 << ((w)-1)) - 1)); \
+    if ((n) > 0) { \
+        secp256k1_ge_from_storage((r), &(pre)[((n)-1)/2]); \
+    } else { \
+        secp256k1_ge_from_storage((r), &(pre)[(-(n)-1)/2]); \
+        secp256k1_fe_negate(&((r)->y), &((r)->y), 1); \
+    } \
+} while(0)
 
-typedef struct {
-    /* For accelerating the computation of a*P + b*G: */
-    secp256k1_ge_t pre_g[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G)];    /* odd multiples of the generator */
+static const size_t SECP256K1_ECMULT_CONTEXT_PREALLOCATED_SIZE =
+    ROUND_TO_ALIGN(sizeof((*((secp256k1_ecmult_context*) NULL)->pre_g)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G))
 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
-    secp256k1_ge_t pre_g_128[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G)]; /* odd multiples of 2^128*generator */
+    + ROUND_TO_ALIGN(sizeof((*((secp256k1_ecmult_context*) NULL)->pre_g_128)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G))
 #endif
-} secp256k1_ecmult_consts_t;
+    ;
 
-static const secp256k1_ecmult_consts_t *secp256k1_ecmult_consts = NULL;
+static void secp256k1_ecmult_context_init(secp256k1_ecmult_context *ctx) {
+    ctx->pre_g = NULL;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    ctx->pre_g_128 = NULL;
+#endif
+}
 
-static void secp256k1_ecmult_start(void) {
-    if (secp256k1_ecmult_consts != NULL)
-        return;
+static void secp256k1_ecmult_context_build(secp256k1_ecmult_context *ctx, void **prealloc) {
+    secp256k1_gej gj;
+    void* const base = *prealloc;
+    size_t const prealloc_size = SECP256K1_ECMULT_CONTEXT_PREALLOCATED_SIZE;
 
-    /* Allocate the precomputation table. */
-    secp256k1_ecmult_consts_t *ret = (secp256k1_ecmult_consts_t*)checked_malloc(sizeof(secp256k1_ecmult_consts_t));
+    if (ctx->pre_g != NULL) {
+        return;
+    }
 
     /* get the generator */
-    secp256k1_gej_t gj; secp256k1_gej_set_ge(&gj, &secp256k1_ge_const_g);
+    secp256k1_gej_set_ge(&gj, &secp256k1_ge_const_g);
 
-#ifdef USE_ENDOMORPHISM
-    /* calculate 2^128*generator */
-    secp256k1_gej_t g_128j = gj;
-    for (int i=0; i<128; i++)
-        secp256k1_gej_double_var(&g_128j, &g_128j);
-#endif
+    {
+        size_t size = sizeof((*ctx->pre_g)[0]) * ((size_t)ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G));
+        /* check for overflow */
+        VERIFY_CHECK(size / sizeof((*ctx->pre_g)[0]) == ((size_t)ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G)));
+        ctx->pre_g = (secp256k1_ge_storage (*)[])manual_alloc(prealloc, sizeof((*ctx->pre_g)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G), base, prealloc_size);
+    }
 
     /* precompute the tables with odd multiples */
-    secp256k1_ecmult_table_precomp_ge_var(ret->pre_g, &gj, WINDOW_G);
+    secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G), *ctx->pre_g, &gj);
+
 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
-    secp256k1_ecmult_table_precomp_ge_var(ret->pre_g_128, &g_128j, WINDOW_G);
+    {
+        secp256k1_gej g_128j;
+        int i;
+
+        size_t size = sizeof((*ctx->pre_g_128)[0]) * ((size_t) ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G));
+        /* check for overflow */
+        VERIFY_CHECK(size / sizeof((*ctx->pre_g_128)[0]) == ((size_t)ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G)));
+        ctx->pre_g_128 = (secp256k1_ge_storage (*)[])manual_alloc(prealloc, sizeof((*ctx->pre_g_128)[0]) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G), base, prealloc_size);
+
+        /* calculate 2^128*generator */
+        g_128j = gj;
+        for (i = 0; i < 128; i++) {
+            secp256k1_gej_double_var(&g_128j, &g_128j, NULL);
+        }
+        secp256k1_ecmult_odd_multiples_table_storage_var(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_G), *ctx->pre_g_128, &g_128j);
+    }
 #endif
+}
 
-    /* Set the global pointer to the precomputation table. */
-    secp256k1_ecmult_consts = ret;
+static void secp256k1_ecmult_context_finalize_memcpy(secp256k1_ecmult_context *dst, const secp256k1_ecmult_context *src) {
+    if (src->pre_g != NULL) {
+        /* We cast to void* first to suppress a -Wcast-align warning. */
+        dst->pre_g = (secp256k1_ge_storage (*)[])(void*)((unsigned char*)dst + ((unsigned char*)(src->pre_g) - (unsigned char*)src));
+    }
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    if (src->pre_g_128 != NULL) {
+        dst->pre_g_128 = (secp256k1_ge_storage (*)[])(void*)((unsigned char*)dst + ((unsigned char*)(src->pre_g_128) - (unsigned char*)src));
+    }
+#endif
 }
 
-static void secp256k1_ecmult_stop(void) {
-    if (secp256k1_ecmult_consts == NULL)
-        return;
+static int secp256k1_ecmult_context_is_built(const secp256k1_ecmult_context *ctx) {
+    return ctx->pre_g != NULL;
+}
 
-    secp256k1_ecmult_consts_t *c = (secp256k1_ecmult_consts_t*)secp256k1_ecmult_consts;
-    secp256k1_ecmult_consts = NULL;
-    free(c);
+static void secp256k1_ecmult_context_clear(secp256k1_ecmult_context *ctx) {
+    secp256k1_ecmult_context_init(ctx);
 }
 
 /** Convert a number to WNAF notation. The number becomes represented by sum(2^i * wnaf[i], i=0..bits),
@@ -124,124 +392,814 @@ static void secp256k1_ecmult_stop(void) {
  *  - each wnaf[i] is either 0, or an odd integer between -(1<<(w-1) - 1) and (1<<(w-1) - 1)
  *  - two non-zero entries in wnaf are separated by at least w-1 zeroes.
  *  - the number of set values in wnaf is returned. This number is at most 256, and at most one more
- *  - than the number of bits in the (absolute value) of the input.
+ *    than the number of bits in the (absolute value) of the input.
  */
-static int secp256k1_ecmult_wnaf(int *wnaf, const secp256k1_scalar_t *a, int w) {
-    secp256k1_scalar_t s = *a;
-
+static int secp256k1_ecmult_wnaf(int *wnaf, int len, const secp256k1_scalar *a, int w) {
+    secp256k1_scalar s = *a;
+    int last_set_bit = -1;
+    int bit = 0;
     int sign = 1;
+    int carry = 0;
+
+    VERIFY_CHECK(wnaf != NULL);
+    VERIFY_CHECK(0 <= len && len <= 256);
+    VERIFY_CHECK(a != NULL);
+    VERIFY_CHECK(2 <= w && w <= 31);
+
+    memset(wnaf, 0, len * sizeof(wnaf[0]));
+
     if (secp256k1_scalar_get_bits(&s, 255, 1)) {
         secp256k1_scalar_negate(&s, &s);
         sign = -1;
     }
 
-    int set_bits = 0;
-    int bit = 0;
-    while (bit < 256) {
-        if (secp256k1_scalar_get_bits(&s, bit, 1) == 0) {
+    while (bit < len) {
+        int now;
+        int word;
+        if (secp256k1_scalar_get_bits(&s, bit, 1) == (unsigned int)carry) {
             bit++;
             continue;
         }
-        while (set_bits < bit) {
-            wnaf[set_bits++] = 0;
-        }
-        int now = w;
-        if (bit + now > 256) {
-            now = 256 - bit;
-        }
-        int word = secp256k1_scalar_get_bits_var(&s, bit, now);
-        if (word & (1 << (w-1))) {
-            secp256k1_scalar_add_bit(&s, bit + w);
-            wnaf[set_bits++] = sign * (word - (1 << w));
-        } else {
-            wnaf[set_bits++] = sign * word;
+
+        now = w;
+        if (now > len - bit) {
+            now = len - bit;
         }
+
+        word = secp256k1_scalar_get_bits_var(&s, bit, now) + carry;
+
+        carry = (word >> (w-1)) & 1;
+        word -= carry << w;
+
+        wnaf[bit] = sign * word;
+        last_set_bit = bit;
+
         bit += now;
     }
-    return set_bits;
+#ifdef VERIFY
+    CHECK(carry == 0);
+    while (bit < 256) {
+        CHECK(secp256k1_scalar_get_bits(&s, bit++, 1) == 0);
+    }
+#endif
+    return last_set_bit + 1;
 }
 
-static void secp256k1_ecmult(secp256k1_gej_t *r, const secp256k1_gej_t *a, const secp256k1_scalar_t *na, const secp256k1_scalar_t *ng) {
-    const secp256k1_ecmult_consts_t *c = secp256k1_ecmult_consts;
+struct secp256k1_strauss_point_state {
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    secp256k1_scalar na_1, na_lam;
+    int wnaf_na_1[130];
+    int wnaf_na_lam[130];
+    int bits_na_1;
+    int bits_na_lam;
+#else
+    int wnaf_na[256];
+    int bits_na;
+#endif
+    size_t input_pos;
+};
 
+struct secp256k1_strauss_state {
+    secp256k1_gej* prej;
+    secp256k1_fe* zr;
+    secp256k1_ge* pre_a;
 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
-    secp256k1_scalar_t na_1, na_lam;
-    /* split na into na_1 and na_lam (where na = na_1 + na_lam*lambda, and na_1 and na_lam are ~128 bit) */
-    secp256k1_scalar_split_lambda_var(&na_1, &na_lam, na);
+    secp256k1_ge* pre_a_lam;
+#endif
+    struct secp256k1_strauss_point_state* ps;
+};
 
-    /* build wnaf representation for na_1 and na_lam. */
-    int wnaf_na_1[130];   int bits_na_1   = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_na_1,   &na_1,   WINDOW_A);
-    int wnaf_na_lam[130]; int bits_na_lam = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_na_lam, &na_lam, WINDOW_A);
-    VERIFY_CHECK(bits_na_1 <= 130);
-    VERIFY_CHECK(bits_na_lam <= 130);
-    int bits = bits_na_1;
-    if (bits_na_lam > bits) bits = bits_na_lam;
+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) {
+    secp256k1_ge tmpa;
+    secp256k1_fe Z;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    /* Splitted G factors. */
+    secp256k1_scalar ng_1, ng_128;
+    int wnaf_ng_1[129];
+    int bits_ng_1 = 0;
+    int wnaf_ng_128[129];
+    int bits_ng_128 = 0;
 #else
-    /* build wnaf representation for na. */
-    int wnaf_na[256];     int bits_na     = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_na,     na,      WINDOW_A);
-    int bits = bits_na;
+    int wnaf_ng[256];
+    int bits_ng = 0;
 #endif
+    int i;
+    int bits = 0;
+    int np;
+    int no = 0;
 
-    /* calculate odd multiples of a */
-    secp256k1_gej_t pre_a[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
-    secp256k1_ecmult_table_precomp_gej_var(pre_a, a, WINDOW_A);
-
+    for (np = 0; np < num; ++np) {
+        if (secp256k1_scalar_is_zero(&na[np]) || secp256k1_gej_is_infinity(&a[np])) {
+            continue;
+        }
+        state->ps[no].input_pos = np;
 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
-    secp256k1_gej_t pre_a_lam[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
-    for (int i=0; i<ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A); i++)
-        secp256k1_gej_mul_lambda(&pre_a_lam[i], &pre_a[i]);
+        /* split na into na_1 and na_lam (where na = na_1 + na_lam*lambda, and na_1 and na_lam are ~128 bit) */
+        secp256k1_scalar_split_lambda(&state->ps[no].na_1, &state->ps[no].na_lam, &na[np]);
 
-    /* Splitted G factors. */
-    secp256k1_scalar_t ng_1, ng_128;
+        /* build wnaf representation for na_1 and na_lam. */
+        state->ps[no].bits_na_1   = secp256k1_ecmult_wnaf(state->ps[no].wnaf_na_1,   130, &state->ps[no].na_1,   WINDOW_A);
+        state->ps[no].bits_na_lam = secp256k1_ecmult_wnaf(state->ps[no].wnaf_na_lam, 130, &state->ps[no].na_lam, WINDOW_A);
+        VERIFY_CHECK(state->ps[no].bits_na_1 <= 130);
+        VERIFY_CHECK(state->ps[no].bits_na_lam <= 130);
+        if (state->ps[no].bits_na_1 > bits) {
+            bits = state->ps[no].bits_na_1;
+        }
+        if (state->ps[no].bits_na_lam > bits) {
+            bits = state->ps[no].bits_na_lam;
+        }
+#else
+        /* build wnaf representation for na. */
+        state->ps[no].bits_na     = secp256k1_ecmult_wnaf(state->ps[no].wnaf_na,     256, &na[np],      WINDOW_A);
+        if (state->ps[no].bits_na > bits) {
+            bits = state->ps[no].bits_na;
+        }
+#endif
+        ++no;
+    }
 
-    /* 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) */
-    secp256k1_scalar_split_128(&ng_1, &ng_128, ng);
+    /* Calculate odd multiples of a.
+     * All multiples are brought to the same Z 'denominator', which is stored
+     * in Z. Due to secp256k1' isomorphism we can do all operations pretending
+     * that the Z coordinate was 1, use affine addition formulae, and correct
+     * the Z coordinate of the result once at the end.
+     * The exception is the precomputed G table points, which are actually
+     * affine. Compared to the base used for other points, they have a Z ratio
+     * of 1/Z, so we can use secp256k1_gej_add_zinv_var, which uses the same
+     * isomorphism to efficiently add with a known Z inverse.
+     */
+    if (no > 0) {
+        /* Compute the odd multiples in Jacobian form. */
+        secp256k1_ecmult_odd_multiples_table(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), state->prej, state->zr, &a[state->ps[0].input_pos]);
+        for (np = 1; np < no; ++np) {
+            secp256k1_gej tmp = a[state->ps[np].input_pos];
+#ifdef VERIFY
+            secp256k1_fe_normalize_var(&(state->prej[(np - 1) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) - 1].z));
+#endif
+            secp256k1_gej_rescale(&tmp, &(state->prej[(np - 1) * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) + ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) - 1].z));
+            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);
+            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));
+        }
+        /* Bring them to the same Z denominator. */
+        secp256k1_ge_globalz_set_table_gej(ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * no, state->pre_a, &Z, state->prej, state->zr);
+    } else {
+        secp256k1_fe_set_int(&Z, 1);
+    }
 
-    /* Build wnaf representation for ng_1 and ng_128 */
-    int wnaf_ng_1[129];   int bits_ng_1   = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng_1,   &ng_1,   WINDOW_G);
-    int wnaf_ng_128[129]; int bits_ng_128 = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng_128, &ng_128, WINDOW_G);
-    if (bits_ng_1 > bits) bits = bits_ng_1;
-    if (bits_ng_128 > bits) bits = bits_ng_128;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    for (np = 0; np < no; ++np) {
+        for (i = 0; i < ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A); i++) {
+            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]);
+        }
+    }
+
+    if (ng) {
+        /* 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) */
+        secp256k1_scalar_split_128(&ng_1, &ng_128, ng);
+
+        /* Build wnaf representation for ng_1 and ng_128 */
+        bits_ng_1   = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng_1,   129, &ng_1,   WINDOW_G);
+        bits_ng_128 = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng_128, 129, &ng_128, WINDOW_G);
+        if (bits_ng_1 > bits) {
+            bits = bits_ng_1;
+        }
+        if (bits_ng_128 > bits) {
+            bits = bits_ng_128;
+        }
+    }
 #else
-    int wnaf_ng[257];     int bits_ng     = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng,     ng,      WINDOW_G);
-    if (bits_ng > bits) bits = bits_ng;
+    if (ng) {
+        bits_ng     = secp256k1_ecmult_wnaf(wnaf_ng,     256, ng,      WINDOW_G);
+        if (bits_ng > bits) {
+            bits = bits_ng;
+        }
+    }
 #endif
 
     secp256k1_gej_set_infinity(r);
-    secp256k1_gej_t tmpj;
-    secp256k1_ge_t tmpa;
 
-    for (int i=bits-1; i>=0; i--) {
-        secp256k1_gej_double_var(r, r);
+    for (i = bits - 1; i >= 0; i--) {
         int n;
+        secp256k1_gej_double_var(r, r, NULL);
 #ifdef USE_ENDOMORPHISM
-        if (i < bits_na_1 && (n = wnaf_na_1[i])) {
-            ECMULT_TABLE_GET_GEJ(&tmpj, pre_a, n, WINDOW_A);
-            secp256k1_gej_add_var(r, r, &tmpj);
-        }
-        if (i < bits_na_lam && (n = wnaf_na_lam[i])) {
-            ECMULT_TABLE_GET_GEJ(&tmpj, pre_a_lam, n, WINDOW_A);
-            secp256k1_gej_add_var(r, r, &tmpj);
+        for (np = 0; np < no; ++np) {
+            if (i < state->ps[np].bits_na_1 && (n = state->ps[np].wnaf_na_1[i])) {
+                ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, state->pre_a + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), n, WINDOW_A);
+                secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa, NULL);
+            }
+            if (i < state->ps[np].bits_na_lam && (n = state->ps[np].wnaf_na_lam[i])) {
+                ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, state->pre_a_lam + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), n, WINDOW_A);
+                secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa, NULL);
+            }
         }
         if (i < bits_ng_1 && (n = wnaf_ng_1[i])) {
-            ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, c->pre_g, n, WINDOW_G);
-            secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa);
+            ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(&tmpa, *ctx->pre_g, n, WINDOW_G);
+            secp256k1_gej_add_zinv_var(r, r, &tmpa, &Z);
         }
         if (i < bits_ng_128 && (n = wnaf_ng_128[i])) {
-            ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, c->pre_g_128, n, WINDOW_G);
-            secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa);
+            ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(&tmpa, *ctx->pre_g_128, n, WINDOW_G);
+            secp256k1_gej_add_zinv_var(r, r, &tmpa, &Z);
         }
 #else
-        if (i < bits_na && (n = wnaf_na[i])) {
-            ECMULT_TABLE_GET_GEJ(&tmpj, pre_a, n, WINDOW_A);
-            secp256k1_gej_add_var(r, r, &tmpj);
+        for (np = 0; np < no; ++np) {
+            if (i < state->ps[np].bits_na && (n = state->ps[np].wnaf_na[i])) {
+                ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, state->pre_a + np * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A), n, WINDOW_A);
+                secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa, NULL);
+            }
         }
         if (i < bits_ng && (n = wnaf_ng[i])) {
-            ECMULT_TABLE_GET_GE(&tmpa, c->pre_g, n, WINDOW_G);
-            secp256k1_gej_add_ge_var(r, r, &tmpa);
+            ECMULT_TABLE_GET_GE_STORAGE(&tmpa, *ctx->pre_g, n, WINDOW_G);
+            secp256k1_gej_add_zinv_var(r, r, &tmpa, &Z);
+        }
+#endif
+    }
+
+    if (!r->infinity) {
+        secp256k1_fe_mul(&r->z, &r->z, &Z);
+    }
+}
+
+static void secp256k1_ecmult(const secp256k1_ecmult_context *ctx, secp256k1_gej *r, const secp256k1_gej *a, const secp256k1_scalar *na, const secp256k1_scalar *ng) {
+    secp256k1_gej prej[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+    secp256k1_fe zr[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+    secp256k1_ge pre_a[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+    struct secp256k1_strauss_point_state ps[1];
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    secp256k1_ge pre_a_lam[ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A)];
+#endif
+    struct secp256k1_strauss_state state;
+
+    state.prej = prej;
+    state.zr = zr;
+    state.pre_a = pre_a;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    state.pre_a_lam = pre_a_lam;
+#endif
+    state.ps = ps;
+    secp256k1_ecmult_strauss_wnaf(ctx, &state, r, 1, a, na, ng);
+}
+
+static size_t secp256k1_strauss_scratch_size(size_t n_points) {
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    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);
+#else
+    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);
+#endif
+    return n_points*point_size;
+}
+
+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) {
+    secp256k1_gej* points;
+    secp256k1_scalar* scalars;
+    struct secp256k1_strauss_state state;
+    size_t i;
+
+    secp256k1_gej_set_infinity(r);
+    if (inp_g_sc == NULL && n_points == 0) {
+        return 1;
+    }
+
+    if (!secp256k1_scratch_allocate_frame(scratch, secp256k1_strauss_scratch_size(n_points), STRAUSS_SCRATCH_OBJECTS)) {
+        return 0;
+    }
+    points = (secp256k1_gej*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * sizeof(secp256k1_gej));
+    scalars = (secp256k1_scalar*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * sizeof(secp256k1_scalar));
+    state.prej = (secp256k1_gej*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_gej));
+    state.zr = (secp256k1_fe*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_fe));
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    state.pre_a = (secp256k1_ge*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * 2 * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_ge));
+    state.pre_a_lam = state.pre_a + n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A);
+#else
+    state.pre_a = (secp256k1_ge*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * ECMULT_TABLE_SIZE(WINDOW_A) * sizeof(secp256k1_ge));
+#endif
+    state.ps = (struct secp256k1_strauss_point_state*)secp256k1_scratch_alloc(scratch, n_points * sizeof(struct secp256k1_strauss_point_state));
+
+    for (i = 0; i < n_points; i++) {
+        secp256k1_ge point;
+        if (!cb(&scalars[i], &point, i+cb_offset, cbdata)) {
+            secp256k1_scratch_deallocate_frame(scratch);
+            return 0;
+        }
+        secp256k1_gej_set_ge(&points[i], &point);
+    }
+    secp256k1_ecmult_strauss_wnaf(ctx, &state, r, n_points, points, scalars, inp_g_sc);
+    secp256k1_scratch_deallocate_frame(scratch);
+    return 1;
+}
+
+/* Wrapper for secp256k1_ecmult_multi_func interface */
+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) {
+    return secp256k1_ecmult_strauss_batch(actx, scratch, r, inp_g_sc, cb, cbdata, n, 0);
+}
+
+static size_t secp256k1_strauss_max_points(secp256k1_scratch *scratch) {
+    return secp256k1_scratch_max_allocation(scratch, STRAUSS_SCRATCH_OBJECTS) / secp256k1_strauss_scratch_size(1);
+}
+
+/** 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] is either 0 or an odd integer between -(1 << w) and (1 << w)
+ *  - the number of words set is always WNAF_SIZE(w)
+ *  - the returned skew is 0 or 1
+ */
+static int secp256k1_wnaf_fixed(int *wnaf, const secp256k1_scalar *s, int w) {
+    int skew = 0;
+    int pos;
+    int max_pos;
+    int last_w;
+    const secp256k1_scalar *work = s;
+
+    if (secp256k1_scalar_is_zero(s)) {
+        for (pos = 0; pos < WNAF_SIZE(w); pos++) {
+            wnaf[pos] = 0;
+        }
+        return 0;
+    }
+
+    if (secp256k1_scalar_is_even(s)) {
+        skew = 1;
+    }
+
+    wnaf[0] = secp256k1_scalar_get_bits_var(work, 0, w) + skew;
+    /* Compute last window size. Relevant when window size doesn't divide the
+     * number of bits in the scalar */
+    last_w = WNAF_BITS - (WNAF_SIZE(w) - 1) * w;
+
+    /* Store the position of the first nonzero word in max_pos to allow
+     * skipping leading zeros when calculating the wnaf. */
+    for (pos = WNAF_SIZE(w) - 1; pos > 0; pos--) {
+        int val = secp256k1_scalar_get_bits_var(work, pos * w, pos == WNAF_SIZE(w)-1 ? last_w : w);
+        if(val != 0) {
+            break;
+        }
+        wnaf[pos] = 0;
+    }
+    max_pos = pos;
+    pos = 1;
+
+    while (pos <= max_pos) {
+        int val = secp256k1_scalar_get_bits_var(work, pos * w, pos == WNAF_SIZE(w)-1 ? last_w : w);
+        if ((val & 1) == 0) {
+            wnaf[pos - 1] -= (1 << w);
+            wnaf[pos] = (val + 1);
+        } else {
+            wnaf[pos] = val;
+        }
+        /* Set a coefficient to zero if it is 1 or -1 and the proceeding digit
+         * is strictly negative or strictly positive respectively. Only change
+         * coefficients at previous positions because above code assumes that
+         * wnaf[pos - 1] is odd.
+         */
+        if (pos >= 2 && ((wnaf[pos - 1] == 1 && wnaf[pos - 2] < 0) || (wnaf[pos - 1] == -1 && wnaf[pos - 2] > 0))) {
+            if (wnaf[pos - 1] == 1) {
+                wnaf[pos - 2] += 1 << w;
+            } else {
+                wnaf[pos - 2] -= 1 << w;
+            }
+            wnaf[pos - 1] = 0;
+        }
+        ++pos;
+    }
+
+    return skew;
+}
+
+struct secp256k1_pippenger_point_state {
+    int skew_na;
+    size_t input_pos;
+};
+
+struct secp256k1_pippenger_state {
+    int *wnaf_na;
+    struct secp256k1_pippenger_point_state* ps;
+};
+
+/*
+ * pippenger_wnaf computes the result of a multi-point multiplication as
+ * follows: The scalars are brought into wnaf with n_wnaf elements each. Then
+ * for every i < n_wnaf, first each point is added to a "bucket" corresponding
+ * to the point's wnaf[i]. Second, the buckets are added together such that
+ * r += 1*bucket[0] + 3*bucket[1] + 5*bucket[2] + ...
+ */
+static int secp256k1_ecmult_pippenger_wnaf(secp256k1_gej *buckets, int bucket_window, struct secp256k1_pippenger_state *state, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *sc, const secp256k1_ge *pt, size_t num) {
+    size_t n_wnaf = WNAF_SIZE(bucket_window+1);
+    size_t np;
+    size_t no = 0;
+    int i;
+    int j;
+
+    for (np = 0; np < num; ++np) {
+        if (secp256k1_scalar_is_zero(&sc[np]) || secp256k1_ge_is_infinity(&pt[np])) {
+            continue;
+        }
+        state->ps[no].input_pos = np;
+        state->ps[no].skew_na = secp256k1_wnaf_fixed(&state->wnaf_na[no*n_wnaf], &sc[np], bucket_window+1);
+        no++;
+    }
+    secp256k1_gej_set_infinity(r);
+
+    if (no == 0) {
+        return 1;
+    }
+
+    for (i = n_wnaf - 1; i >= 0; i--) {
+        secp256k1_gej running_sum;
+
+        for(j = 0; j < ECMULT_TABLE_SIZE(bucket_window+2); j++) {
+            secp256k1_gej_set_infinity(&buckets[j]);
+        }
+
+        for (np = 0; np < no; ++np) {
+            int n = state->wnaf_na[np*n_wnaf + i];
+            struct secp256k1_pippenger_point_state point_state = state->ps[np];
+            secp256k1_ge tmp;
+            int idx;
+
+            if (i == 0) {
+                /* correct for wnaf skew */
+                int skew = point_state.skew_na;
+                if (skew) {
+                    secp256k1_ge_neg(&tmp, &pt[point_state.input_pos]);
+                    secp256k1_gej_add_ge_var(&buckets[0], &buckets[0], &tmp, NULL);
+                }
+            }
+            if (n > 0) {
+                idx = (n - 1)/2;
+                secp256k1_gej_add_ge_var(&buckets[idx], &buckets[idx], &pt[point_state.input_pos], NULL);
+            } else if (n < 0) {
+                idx = -(n + 1)/2;
+                secp256k1_ge_neg(&tmp, &pt[point_state.input_pos]);
+                secp256k1_gej_add_ge_var(&buckets[idx], &buckets[idx], &tmp, NULL);
+            }
+        }
+
+        for(j = 0; j < bucket_window; j++) {
+            secp256k1_gej_double_var(r, r, NULL);
+        }
+
+        secp256k1_gej_set_infinity(&running_sum);
+        /* Accumulate the sum: bucket[0] + 3*bucket[1] + 5*bucket[2] + 7*bucket[3] + ...
+         *                   = bucket[0] +   bucket[1] +   bucket[2] +   bucket[3] + ...
+         *                   +         2 *  (bucket[1] + 2*bucket[2] + 3*bucket[3] + ...)
+         * using an intermediate running sum:
+         * running_sum = bucket[0] +   bucket[1] +   bucket[2] + ...
+         *
+         * The doubling is done implicitly by deferring the final window doubling (of 'r').
+         */
+        for(j = ECMULT_TABLE_SIZE(bucket_window+2) - 1; j > 0; j--) {
+            secp256k1_gej_add_var(&running_sum, &running_sum, &buckets[j], NULL);
+            secp256k1_gej_add_var(r, r, &running_sum, NULL);
+        }
+
+        secp256k1_gej_add_var(&running_sum, &running_sum, &buckets[0], NULL);
+        secp256k1_gej_double_var(r, r, NULL);
+        secp256k1_gej_add_var(r, r, &running_sum, NULL);
+    }
+    return 1;
+}
+
+/**
+ * Returns optimal bucket_window (number of bits of a scalar represented by a
+ * set of buckets) for a given number of points.
+ */
+static int secp256k1_pippenger_bucket_window(size_t n) {
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    if (n <= 1) {
+        return 1;
+    } else if (n <= 4) {
+        return 2;
+    } else if (n <= 20) {
+        return 3;
+    } else if (n <= 57) {
+        return 4;
+    } else if (n <= 136) {
+        return 5;
+    } else if (n <= 235) {
+        return 6;
+    } else if (n <= 1260) {
+        return 7;
+    } else if (n <= 4420) {
+        return 9;
+    } else if (n <= 7880) {
+        return 10;
+    } else if (n <= 16050) {
+        return 11;
+    } else {
+        return PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW;
+    }
+#else
+    if (n <= 1) {
+        return 1;
+    } else if (n <= 11) {
+        return 2;
+    } else if (n <= 45) {
+        return 3;
+    } else if (n <= 100) {
+        return 4;
+    } else if (n <= 275) {
+        return 5;
+    } else if (n <= 625) {
+        return 6;
+    } else if (n <= 1850) {
+        return 7;
+    } else if (n <= 3400) {
+        return 8;
+    } else if (n <= 9630) {
+        return 9;
+    } else if (n <= 17900) {
+        return 10;
+    } else if (n <= 32800) {
+        return 11;
+    } else {
+        return PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW;
+    }
+#endif
+}
+
+/**
+ * Returns the maximum optimal number of points for a bucket_window.
+ */
+static size_t secp256k1_pippenger_bucket_window_inv(int bucket_window) {
+    switch(bucket_window) {
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        case 1: return 1;
+        case 2: return 4;
+        case 3: return 20;
+        case 4: return 57;
+        case 5: return 136;
+        case 6: return 235;
+        case 7: return 1260;
+        case 8: return 1260;
+        case 9: return 4420;
+        case 10: return 7880;
+        case 11: return 16050;
+        case PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW: return SIZE_MAX;
+#else
+        case 1: return 1;
+        case 2: return 11;
+        case 3: return 45;
+        case 4: return 100;
+        case 5: return 275;
+        case 6: return 625;
+        case 7: return 1850;
+        case 8: return 3400;
+        case 9: return 9630;
+        case 10: return 17900;
+        case 11: return 32800;
+        case PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW: return SIZE_MAX;
+#endif
+    }
+    return 0;
+}
+
+
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+SECP256K1_INLINE static void secp256k1_ecmult_endo_split(secp256k1_scalar *s1, secp256k1_scalar *s2, secp256k1_ge *p1, secp256k1_ge *p2) {
+    secp256k1_scalar tmp = *s1;
+    secp256k1_scalar_split_lambda(s1, s2, &tmp);
+    secp256k1_ge_mul_lambda(p2, p1);
+
+    if (secp256k1_scalar_is_high(s1)) {
+        secp256k1_scalar_negate(s1, s1);
+        secp256k1_ge_neg(p1, p1);
+    }
+    if (secp256k1_scalar_is_high(s2)) {
+        secp256k1_scalar_negate(s2, s2);
+        secp256k1_ge_neg(p2, p2);
+    }
+}
+#endif
+
+/**
+ * Returns the scratch size required for a given number of points (excluding
+ * base point G) without considering alignment.
+ */
+static size_t secp256k1_pippenger_scratch_size(size_t n_points, int bucket_window) {
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    size_t entries = 2*n_points + 2;
+#else
+    size_t entries = n_points + 1;
+#endif
+    size_t entry_size = sizeof(secp256k1_ge) + sizeof(secp256k1_scalar) + sizeof(struct secp256k1_pippenger_point_state) + (WNAF_SIZE(bucket_window+1)+1)*sizeof(int);
+    return (sizeof(secp256k1_gej) << bucket_window) + sizeof(struct secp256k1_pippenger_state) + entries * entry_size;
+}
+
+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) {
+    /* Use 2(n+1) with the endomorphism, n+1 without, when calculating batch
+     * sizes. The reason for +1 is that we add the G scalar to the list of
+     * other scalars. */
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+    size_t entries = 2*n_points + 2;
+#else
+    size_t entries = n_points + 1;
+#endif
+    secp256k1_ge *points;
+    secp256k1_scalar *scalars;
+    secp256k1_gej *buckets;
+    struct secp256k1_pippenger_state *state_space;
+    size_t idx = 0;
+    size_t point_idx = 0;
+    int i, j;
+    int bucket_window;
+
+    (void)ctx;
+    secp256k1_gej_set_infinity(r);
+    if (inp_g_sc == NULL && n_points == 0) {
+        return 1;
+    }
+
+    bucket_window = secp256k1_pippenger_bucket_window(n_points);
+    if (!secp256k1_scratch_allocate_frame(scratch, secp256k1_pippenger_scratch_size(n_points, bucket_window), PIPPENGER_SCRATCH_OBJECTS)) {
+        return 0;
+    }
+    points = (secp256k1_ge *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries * sizeof(*points));
+    scalars = (secp256k1_scalar *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries * sizeof(*scalars));
+    state_space = (struct secp256k1_pippenger_state *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, sizeof(*state_space));
+    state_space->ps = (struct secp256k1_pippenger_point_state *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries * sizeof(*state_space->ps));
+    state_space->wnaf_na = (int *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, entries*(WNAF_SIZE(bucket_window+1)) * sizeof(int));
+    buckets = (secp256k1_gej *) secp256k1_scratch_alloc(scratch, sizeof(*buckets) << bucket_window);
+
+    if (inp_g_sc != NULL) {
+        scalars[0] = *inp_g_sc;
+        points[0] = secp256k1_ge_const_g;
+        idx++;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        secp256k1_ecmult_endo_split(&scalars[0], &scalars[1], &points[0], &points[1]);
+        idx++;
+#endif
+    }
+
+    while (point_idx < n_points) {
+        if (!cb(&scalars[idx], &points[idx], point_idx + cb_offset, cbdata)) {
+            secp256k1_scratch_deallocate_frame(scratch);
+            return 0;
         }
+        idx++;
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        secp256k1_ecmult_endo_split(&scalars[idx - 1], &scalars[idx], &points[idx - 1], &points[idx]);
+        idx++;
 #endif
+        point_idx++;
     }
+
+    secp256k1_ecmult_pippenger_wnaf(buckets, bucket_window, state_space, r, scalars, points, idx);
+
+    /* Clear data */
+    for(i = 0; (size_t)i < idx; i++) {
+        secp256k1_scalar_clear(&scalars[i]);
+        state_space->ps[i].skew_na = 0;
+        for(j = 0; j < WNAF_SIZE(bucket_window+1); j++) {
+            state_space->wnaf_na[i * WNAF_SIZE(bucket_window+1) + j] = 0;
+        }
+    }
+    for(i = 0; i < 1<<bucket_window; i++) {
+        secp256k1_gej_clear(&buckets[i]);
+    }
+    secp256k1_scratch_deallocate_frame(scratch);
+    return 1;
+}
+
+/* Wrapper for secp256k1_ecmult_multi_func interface */
+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) {
+    return secp256k1_ecmult_pippenger_batch(actx, scratch, r, inp_g_sc, cb, cbdata, n, 0);
 }
 
+/**
+ * Returns the maximum number of points in addition to G that can be used with
+ * a given scratch space. The function ensures that fewer points may also be
+ * used.
+ */
+static size_t secp256k1_pippenger_max_points(secp256k1_scratch *scratch) {
+    size_t max_alloc = secp256k1_scratch_max_allocation(scratch, PIPPENGER_SCRATCH_OBJECTS);
+    int bucket_window;
+    size_t res = 0;
+
+    for (bucket_window = 1; bucket_window <= PIPPENGER_MAX_BUCKET_WINDOW; bucket_window++) {
+        size_t n_points;
+        size_t max_points = secp256k1_pippenger_bucket_window_inv(bucket_window);
+        size_t space_for_points;
+        size_t space_overhead;
+        size_t entry_size = sizeof(secp256k1_ge) + sizeof(secp256k1_scalar) + sizeof(struct secp256k1_pippenger_point_state) + (WNAF_SIZE(bucket_window+1)+1)*sizeof(int);
+
+#ifdef USE_ENDOMORPHISM
+        entry_size = 2*entry_size;
 #endif
+        space_overhead = (sizeof(secp256k1_gej) << bucket_window) + entry_size + sizeof(struct secp256k1_pippenger_state);
+        if (space_overhead > max_alloc) {
+            break;
+        }
+        space_for_points = max_alloc - space_overhead;
+
+        n_points = space_for_points/entry_size;
+        n_points = n_points > max_points ? max_points : n_points;
+        if (n_points > res) {
+            res = n_points;
+        }
+        if (n_points < max_points) {
+            /* A larger bucket_window may support even more points. But if we
+             * would choose that then the caller couldn't safely use any number
+             * smaller than what this function returns */
+            break;
+        }
+    }
+    return res;
+}
+
+/* Computes ecmult_multi by simply multiplying and adding each point. Does not
+ * require a scratch space */
+static int secp256k1_ecmult_multi_simple_var(const secp256k1_ecmult_context *ctx, secp256k1_gej *r, const secp256k1_scalar *inp_g_sc, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void *cbdata, size_t n_points) {
+    size_t point_idx;
+    secp256k1_scalar szero;
+    secp256k1_gej tmpj;
+
+    secp256k1_scalar_set_int(&szero, 0);
+    secp256k1_gej_set_infinity(r);
+    secp256k1_gej_set_infinity(&tmpj);
+    /* r = inp_g_sc*G */
+    secp256k1_ecmult(ctx, r, &tmpj, &szero, inp_g_sc);
+    for (point_idx = 0; point_idx < n_points; point_idx++) {
+        secp256k1_ge point;
+        secp256k1_gej pointj;
+        secp256k1_scalar scalar;
+        if (!cb(&scalar, &point, point_idx, cbdata)) {
+            return 0;
+        }
+        /* r += scalar*point */
+        secp256k1_gej_set_ge(&pointj, &point);
+        secp256k1_ecmult(ctx, &tmpj, &pointj, &scalar, NULL);
+        secp256k1_gej_add_var(r, r, &tmpj, NULL);
+    }
+    return 1;
+}
+
+/* Compute the number of batches and the batch size given the maximum batch size and the
+ * total number of points */
+static int secp256k1_ecmult_multi_batch_size_helper(size_t *n_batches, size_t *n_batch_points, size_t max_n_batch_points, size_t n) {
+    if (max_n_batch_points == 0) {
+        return 0;
+    }
+    if (max_n_batch_points > ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH) {
+        max_n_batch_points = ECMULT_MAX_POINTS_PER_BATCH;
+    }
+    if (n == 0) {
+        *n_batches = 0;
+        *n_batch_points = 0;
+        return 1;
+    }
+    /* Compute ceil(n/max_n_batch_points) and ceil(n/n_batches) */
+    *n_batches = 1 + (n - 1) / max_n_batch_points;
+    *n_batch_points = 1 + (n - 1) / *n_batches;
+    return 1;
+}
+
+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);
+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) {
+    size_t i;
+
+    int (*f)(const secp256k1_ecmult_context*, secp256k1_scratch*, secp256k1_gej*, const secp256k1_scalar*, secp256k1_ecmult_multi_callback cb, void*, size_t, size_t);
+    size_t n_batches;
+    size_t n_batch_points;
+
+    secp256k1_gej_set_infinity(r);
+    if (inp_g_sc == NULL && n == 0) {
+        return 1;
+    } else if (n == 0) {
+        secp256k1_scalar szero;
+        secp256k1_scalar_set_int(&szero, 0);
+        secp256k1_ecmult(ctx, r, r, &szero, inp_g_sc);
+        return 1;
+    }
+    if (scratch == NULL) {
+        return secp256k1_ecmult_multi_simple_var(ctx, r, inp_g_sc, cb, cbdata, n);
+    }
+
+    /* Compute the batch sizes for Pippenger's algorithm given a scratch space. If it's greater than
+     * a threshold use Pippenger's algorithm. Otherwise use Strauss' algorithm.
+     * As a first step check if there's enough space for Pippenger's algo (which requires less space
+     * than Strauss' algo) and if not, use the simple algorithm. */
+    if (!secp256k1_ecmult_multi_batch_size_helper(&n_batches, &n_batch_points, secp256k1_pippenger_max_points(scratch), n)) {
+        return secp256k1_ecmult_multi_simple_var(ctx, r, inp_g_sc, cb, cbdata, n);
+    }
+    if (n_batch_points >= ECMULT_PIPPENGER_THRESHOLD) {
+        f = secp256k1_ecmult_pippenger_batch;
+    } else {
+        if (!secp256k1_ecmult_multi_batch_size_helper(&n_batches, &n_batch_points, secp256k1_strauss_max_points(scratch), n)) {
+            return secp256k1_ecmult_multi_simple_var(ctx, r, inp_g_sc, cb, cbdata, n);
+        }
+        f = secp256k1_ecmult_strauss_batch;
+    }
+    for(i = 0; i < n_batches; i++) {
+        size_t nbp = n < n_batch_points ? n : n_batch_points;
+        size_t offset = n_batch_points*i;
+        secp256k1_gej tmp;
+        if (!f(ctx, scratch, &tmp, i == 0 ? inp_g_sc : NULL, cb, cbdata, nbp, offset)) {
+            return 0;
+        }
+        secp256k1_gej_add_var(r, r, &tmp, NULL);
+        n -= nbp;
+    }
+    return 1;
+}
+
+#endif /* SECP256K1_ECMULT_IMPL_H */
This page took 0.056969 seconds and 4 git commands to generate.