]> git.codecow.com Git - Monocypher.git/commitdiff
return x25519 to TweetNaCl
authorLoup Vaillant <loup@loup-vaillant.fr>
Sat, 4 Feb 2017 13:53:10 +0000 (14:53 +0100)
committerLoup Vaillant <loup@loup-vaillant.fr>
Sat, 4 Feb 2017 13:53:10 +0000 (14:53 +0100)
x25519.c

index 9b59bf34c286d7befb463e22d43fab63e891da45..25ac9dde1deba295c1741798049d5e992f05602f 100644 (file)
--- a/x25519.c
+++ b/x25519.c
-// Simplified version of the the ref10 implementation.
-// Its bigger than TweetNaCl, but nearly twice as fast.
+// Taken from TweetNaCl
 
 #include "x25519.h"
 
-typedef int32_t fe[10];
+#define FOR(i, start, end) for (size_t i = start; i < end; i++)
+#define sv static void
+typedef int64_t gf[16];
 
-void fe_0(fe h){            for (int i = 0; i < 10; i++) h[i] = 0; }
-void fe_1(fe h){ h[0] = 1;  for (int i = 1; i < 10; i++) h[i] = 0; }
+static const uint8_t _0[16];
+static const uint8_t _9[32] = { 9 };
+static const gf _121665 = { 0xdb41, 1 };
 
-void fe_add (fe h, fe f, fe g) { for (int i = 0; i < 10; i++) h[i] = f[i] + g[i];}
-void fe_sub (fe h, fe f, fe g) { for (int i = 0; i < 10; i++) h[i] = f[i] - g[i];}
-void fe_copy(fe h, fe f      ) { for (int i = 0; i < 10; i++) h[i] = f[i];       }
-
-void fe_cswap(fe f, fe g, unsigned int b)
+sv car_25519(gf o)
 {
-    for (int i = 0; i < 10; i++){
-        int32_t x = (f[i] ^ g[i]) & -b;
-        f[i] = f[i] ^ x;
-        g[i] = g[i] ^ x;
+    FOR(i, 0, 16) {
+        o[i]              += 1LL  << 16;
+        int64_t c          = o[i] >> 16;
+        o[(i+1) * (i<15)] += c - 1 + (37 * (c-1) * (i==15));
+        o[i]              -= c << 16;
     }
 }
 
-static uint64_t load_3(const unsigned char *in)
+sv sel_25519(gf p, gf q, int b)
 {
-    uint64_t result;
-    result = (uint64_t) in[0];
-    result |= ((uint64_t) in[1]) << 8;
-    result |= ((uint64_t) in[2]) << 16;
-    return result;
+    int64_t c = ~(b-1);
+    FOR(i, 0, 16) {
+        int64_t t = c & (p[i] ^ q[i]);
+        p[i]     ^= t;
+        q[i]     ^= t;
+    }
 }
 
-static uint64_t load_4(const unsigned char *in)
+sv pack_25519(uint8_t *o, const gf n)
 {
-    uint64_t result;
-    result = (uint64_t) in[0];
-    result |= ((uint64_t) in[1]) << 8;
-    result |= ((uint64_t) in[2]) << 16;
-    result |= ((uint64_t) in[3]) << 24;
-    return result;
+    gf t;
+    FOR(i, 0, 16) t[i] = n[i];
+    car_25519(t);
+    car_25519(t);
+    car_25519(t);
+    FOR(j, 0, 2) {
+        gf m;
+        m[0] = t[0] - 0xffed;
+        FOR(i, 1, 15) {
+            m[i  ]  = t[i] - 0xffff - ((m[i-1] >> 16) & 1);
+            m[i-1] &= 0xffff;
+        }
+        m[15]  = t[15] - 0x7fff - ((m[14] >> 16) & 1);
+        int b  = (m[15] >> 16) & 1;
+        m[14] &= 0xffff;
+        sel_25519(t, m, 1-b);
+    }
+    FOR(i, 0, 16) {
+        o[2*i    ] = t[i] & 0xff;
+        o[2*i + 1] = t[i] >> 8;
+    }
 }
 
-void fe_carry(fe h, int64_t t[10])
+sv unpack_25519(gf o, const uint8_t *n)
 {
-    int64_t c[10]; // carry
-    c[9] = (t[9] + (1ll << 24)) >> 25; t[0] += c[9] * 19; t[9] -= c[9] << 25;
-    c[1] = (t[1] + (1ll << 24)) >> 25; t[2] += c[1];      t[1] -= c[1] << 25;
-    c[3] = (t[3] + (1ll << 24)) >> 25; t[4] += c[3];      t[3] -= c[3] << 25;
-    c[5] = (t[5] + (1ll << 24)) >> 25; t[6] += c[5];      t[5] -= c[5] << 25;
-    c[7] = (t[7] + (1ll << 24)) >> 25; t[8] += c[7];      t[7] -= c[7] << 25;
-    c[0] = (t[0] + (1ll << 25)) >> 26; t[1] += c[0];      t[0] -= c[0] << 26;
-    c[2] = (t[2] + (1ll << 25)) >> 26; t[3] += c[2];      t[2] -= c[2] << 26;
-    c[4] = (t[4] + (1ll << 25)) >> 26; t[5] += c[4];      t[4] -= c[4] << 26;
-    c[6] = (t[6] + (1ll << 25)) >> 26; t[7] += c[6];      t[6] -= c[6] << 26;
-    c[8] = (t[8] + (1ll << 25)) >> 26; t[9] += c[8];      t[8] -= c[8] << 26;
-    for (int i = 0; i < 10; i++)
-        h[i] = t[i];
+    FOR(i, 0, 16) o[i] = n[2*i] + ((int64_t)n[2*i + 1] << 8);
+    o[15] &= 0x7fff;
 }
 
-void fe_frombytes(fe h, const unsigned char *s)
+sv A(gf o, const gf a, const gf b)
 {
-    int64_t t[10]; // intermediate result (may overflow 32 bits)
-    t[0] =  load_4(s);
-    t[1] =  load_3(s +  4) << 6;
-    t[2] =  load_3(s +  7) << 5;
-    t[3] =  load_3(s + 10) << 3;
-    t[4] =  load_3(s + 13) << 2;
-    t[5] =  load_4(s + 16);
-    t[6] =  load_3(s + 20) << 7;
-    t[7] =  load_3(s + 23) << 5;
-    t[8] =  load_3(s + 26) << 4;
-    t[9] = (load_3(s + 29) & 8388607) << 2;
-    fe_carry(h, t);
+    FOR(i, 0, 16) o[i] = a[i] + b[i];
 }
 
-void fe_mul121666(fe h,fe f)
+sv Z(gf o, const gf a, const gf b)
 {
-    int64_t t[10];
-    for (int i = 0; i < 10; i++)
-        t[i] = f[i] * (int64_t) 121666;
-    fe_carry(h, t);
+    FOR(i, 0, 16) o[i] = a[i] - b[i];
 }
 
-// Rolled version of ref10.  A bit slower, but much simpler.
-void fe_mul(fe h,fe f,fe g)
+sv M(gf o, const gf a, const gf b)
 {
-    int64_t t[10];
-    for (int i = 0; i < 10; i++) {
-        int64_t acc = 0;
-        int64_t even_i = 1 - (i & 1);
-        for (int j = 0; j < i+1; j++) {
-            int64_t m1_2 = (even_i & j) + 1;
-            acc += (f[j] * m1_2) * (int64_t) g[i-j];
-        }
-        for (int j = i+1; j < 10; j++) {
-            int64_t m1_2 = (even_i & j) + 1;
-            acc += (f[j] * m1_2) * (int64_t) (g[i-j+10] * 19);
-        }
-        t[i] = acc;
-    }
-
-    int64_t c[10]; // carry
-    c[0] = (t[0] + (1ll << 25)) >> 26; t[1] += c[0];      t[0] -= c[0] << 26;
-    c[4] = (t[4] + (1ll << 25)) >> 26; t[5] += c[4];      t[4] -= c[4] << 26;
-    c[1] = (t[1] + (1ll << 24)) >> 25; t[2] += c[1];      t[1] -= c[1] << 25;
-    c[5] = (t[5] + (1ll << 24)) >> 25; t[6] += c[5];      t[5] -= c[5] << 25;
-    c[2] = (t[2] + (1ll << 25)) >> 26; t[3] += c[2];      t[2] -= c[2] << 26;
-    c[6] = (t[6] + (1ll << 25)) >> 26; t[7] += c[6];      t[6] -= c[6] << 26;
-    c[3] = (t[3] + (1ll << 24)) >> 25; t[4] += c[3];      t[3] -= c[3] << 25;
-    c[7] = (t[7] + (1ll << 24)) >> 25; t[8] += c[7];      t[7] -= c[7] << 25;
-    c[4] = (t[4] + (1ll << 25)) >> 26; t[5] += c[4];      t[4] -= c[4] << 26;
-    c[8] = (t[8] + (1ll << 25)) >> 26; t[9] += c[8];      t[8] -= c[8] << 26;
-    c[9] = (t[9] + (1ll << 24)) >> 25; t[0] += c[9] * 19; t[9] -= c[9] << 25;
-    c[0] = (t[0] + (1ll << 25)) >> 26; t[1] += c[0];      t[0] -= c[0] << 26;
-
-    for (int i = 0; i < 10; i++)
-        h[i] = t[i];
+    int64_t t[31];
+    FOR(i, 0, 31) t[i] = 0;
+    FOR(i, 0, 16) FOR(j, 0, 16) t[i+j] += a[i] * b[j];
+    FOR(i, 0, 15) t[i] += 38 * t[i+16];
+    FOR(i, 0, 16) o[i] = t[i];
+    car_25519(o);
+    car_25519(o);
 }
 
-// The specialised square function from ref10 is much faster, but takes
-// way too much source code.
-// Replace with the original ref10 implementation for 30% speedup.
-void fe_sq(fe h, fe f) { fe_mul(h, f, f); }
-
-void fe_invert(fe out,fe z)
+sv S(gf o,const gf a)
 {
-    fe t0, t1, t2, t3;
-    fe_sq(t0, z);  for (int i = 1; i <   1; i++) fe_sq(t0,t0);
-    fe_sq(t1, t0); for (int i = 1; i <   2; i++) fe_sq(t1,t1);
-    fe_mul(t1,  z, t1);
-    fe_mul(t0, t0, t1);
-    fe_sq(t2, t0); for (int i = 1; i <   1; i++) fe_sq(t2,t2); fe_mul(t1 , t1, t2);
-    fe_sq(t2, t1); for (int i = 1; i <   5; i++) fe_sq(t2,t2); fe_mul(t1 , t2, t1);
-    fe_sq(t2, t1); for (int i = 1; i <  10; i++) fe_sq(t2,t2); fe_mul(t2 , t2, t1);
-    fe_sq(t3, t2); for (int i = 1; i <  20; i++) fe_sq(t3,t3); fe_mul(t2 , t3, t2);
-    fe_sq(t2, t2); for (int i = 1; i <  10; i++) fe_sq(t2,t2); fe_mul(t1 , t2, t1);
-    fe_sq(t2, t1); for (int i = 1; i <  50; i++) fe_sq(t2,t2); fe_mul(t2 , t2, t1);
-    fe_sq(t3, t2); for (int i = 1; i < 100; i++) fe_sq(t3,t3); fe_mul(t2 , t3, t2);
-    fe_sq(t2, t2); for (int i = 1; i <  50; i++) fe_sq(t2,t2); fe_mul(t1 , t2, t1);
-    fe_sq(t1, t1); for (int i = 1; i <   5; i++) fe_sq(t1,t1); fe_mul(out, t1, t0);
+    M(o, a, a);
 }
 
-void fe_tobytes(unsigned char *s, fe h)
+sv inv_25519(gf o,const gf i)
 {
-    int32_t t[11];
-    for (int i = 0; i < 10; i++)
-        t[i] = h[i];
-
-    int32_t q = (19 * t[9] + (((int32_t) 1) << 24)) >> 25;
-    for (int i = 0; i < 10; i += 2) {
-        q += t[i  ]; q >>= 26;
-        q += t[i+1]; q >>= 25;
-    }
-
-    // Goal: Output t-(2^255-19)q, which is between 0 and 2^255-20.
-    t[0] += 19 * q;
-    // Goal: Output t-2^255 q, which is between 0 and 2^255-20.
-    int32_t carry[10];
-    for (int i = 0; i < 10; i += 2) {
-        carry[i  ]  = t    [i  ] >> 26;
-        t    [i+1] += carry[i  ]      ;
-        t    [i  ] -= carry[i  ] << 26;
-
-        carry[i+1]  = t    [i+1] >> 25;
-        t    [i+2] += carry[i+1]      ;
-        t    [i+1] -= carry[i+1] << 25;
+    gf c;
+    FOR(a, 0, 16) c[a] = i[a];
+    for(int a = 253; a >= 0; a--) {
+        S(c, c);
+        if(a != 2 && a != 4)
+            M(c, c, i);
     }
-    //  Goal: Output t0+...+2^255 t10-2^255 q, which is between 0 and 2^255-20.
-    //  Have t0+...+2^230 t9 between 0 and 2^255-1;
-    //  evidently 2^255 t10-2^255 q = 0.
-    //  Goal: Output t0+...+2^230 t9.
-    s[ 0] =  t[0] >>  0;
-    s[ 1] =  t[0] >>  8;
-    s[ 2] =  t[0] >> 16;
-    s[ 3] = (t[0] >> 24) | (t[1] << 2);
-    s[ 4] =  t[1] >>  6;
-    s[ 5] =  t[1] >> 14;
-    s[ 6] = (t[1] >> 22) | (t[2] << 3);
-    s[ 7] =  t[2] >>  5;
-    s[ 8] =  t[2] >> 13;
-    s[ 9] = (t[2] >> 21) | (t[3] << 5);
-    s[10] =  t[3] >>  3;
-    s[11] =  t[3] >> 11;
-    s[12] = (t[3] >> 19) | (t[4] << 6);
-    s[13] =  t[4] >> 2;
-    s[14] =  t[4] >> 10;
-    s[15] =  t[4] >> 18;
-    s[16] =  t[5] >> 0;
-    s[17] =  t[5] >> 8;
-    s[18] =  t[5] >> 16;
-    s[19] = (t[5] >> 24) | (t[6] << 1);
-    s[20] =  t[6] >> 7;
-    s[21] =  t[6] >> 15;
-    s[22] = (t[6] >> 23) | (t[7] << 3);
-    s[23] =  t[7] >> 5;
-    s[24] =  t[7] >> 13;
-    s[25] = (t[7] >> 21) | (t[8] << 4);
-    s[26] =  t[8] >> 4;
-    s[27] =  t[8] >> 12;
-    s[28] = (t[8] >> 20) | (t[9] << 6);
-    s[29] =  t[9] >> 2;
-    s[30] =  t[9] >> 10;
-    s[31] =  t[9] >> 18;
+    FOR(a, 0, 16) o[a] = c[a];
 }
 
-void crypto_x25519(uint8_t       shared_secret   [32],
-                   const uint8_t your_secret_key [32],
-                   const uint8_t their_public_key[32])
+void crypto_x25519(uint8_t q[32], const uint8_t n[32], const uint8_t p[32])
 {
-    unsigned char e[32];
-    unsigned int i;
-    fe x1;
-    fe x2;
-    fe z2;
-    fe x3;
-    fe z3;
-    fe tmp0;
-    fe tmp1;
-    int pos;
-    unsigned int swap;
-    unsigned int b;
-
-    for (i = 0;i < 32;++i) e[i] = your_secret_key[i];
-    e[0] &= 248;
-    e[31] &= 127;
-    e[31] |= 64;
-    fe_frombytes(x1,their_public_key);
-    fe_1(x2);
-    fe_0(z2);
-    fe_copy(x3,x1);
-    fe_1(z3);
-
-    swap = 0;
-    for (pos = 254;pos >= 0;--pos) {
-        b = e[pos / 8] >> (pos & 7);
-        b &= 1;
-        swap ^= b;
-        fe_cswap(x2,x3,swap);
-        fe_cswap(z2,z3,swap);
-        swap = b;
-        fe_sub(tmp0,x3,z3);
-        fe_sub(tmp1,x2,z2);
-        fe_add(x2,x2,z2);
-        fe_add(z2,x3,z3);
-        fe_mul(z3,tmp0,x2);
-        fe_mul(z2,z2,tmp1);
-        fe_sq(tmp0,tmp1);
-        fe_sq(tmp1,x2);
-        fe_add(x3,z3,z2);
-        fe_sub(z2,z3,z2);
-        fe_mul(x2,tmp1,tmp0);
-        fe_sub(tmp1,tmp1,tmp0);
-        fe_sq(z2,z2);
-        fe_mul121666(z3,tmp1);
-        fe_sq(x3,x3);
-        fe_add(tmp0,tmp0,z3);
-        fe_mul(z3,x1,z2);
-        fe_mul(z2,tmp1,tmp0);
+    uint8_t z[32];
+    int64_t x[80];
+    int64_t r;
+    gf a, b, c, d, e, f;
+    FOR(i, 0, 31) z[i] = n[i];
+    z[31]  = (n[31] & 127) | 64;
+    z[0 ] &= 248;
+    unpack_25519(x, p);
+    FOR(i, 0, 16) {
+        b[i] = x[i];
+        d[i] = a[i] = c[i] = 0;
     }
-    fe_cswap(x2,x3,swap);
-    fe_cswap(z2,z3,swap);
-
-    fe_invert(z2, z2);
-    fe_mul(x2, x2, z2);
-    fe_tobytes(shared_secret,x2);
+    a[0] = d[0] = 1;
+    for(int i = 254; i>=0; i--) {
+        r = (z[i>>3] >> (i & 7)) & 1;
+        sel_25519(a, b, r);
+        sel_25519(c, d, r);
+        A(e, a, c);
+        Z(a, a, c);
+        A(c, b, d);
+        Z(b, b, d);
+        S(d, e);
+        S(f, a);
+        M(a, c, a);
+        M(c, b, e);
+        A(e, a, c);
+        Z(a, a, c);
+        S(b, a);
+        Z(c, d, f);
+        M(a, c, _121665);
+        A(a, a, d);
+        M(c, c, a);
+        M(a, d, f);
+        M(d, b, x);
+        S(b, e);
+        sel_25519(a, b, r);
+        sel_25519(c, d, r);
+    }
+    FOR(i, 0, 16) {
+        x[i+16] = a[i];
+        x[i+32] = c[i];
+        x[i+48] = b[i];
+        x[i+64] = d[i];
+    }
+    inv_25519(x+32, x+32);
+    M(x+16, x+16, x+32);
+    pack_25519(q, x+16);
 }
 
-void crypto_x25519_base(uint8_t public_key[32], const uint8_t secret_key[32])
+void crypto_x25519_base(uint8_t q[32], const uint8_t n[32])
 {
-    static const uint8_t base_point [32] = {9};
-    crypto_x25519(public_key, secret_key, base_point);
+    crypto_x25519(q, n, _9);
 }