key-data.[ch] (key_copydata): New function copies filtered key data.
[u/mdw/catacomb] / ec.h
diff --git a/ec.h b/ec.h
index 12ff823..ac0b8fc 100644 (file)
--- a/ec.h
+++ b/ec.h
@@ -1,13 +1,13 @@
 /* -*-c-*-
  *
- * $Id: ec.h,v 1.2 2001/05/07 17:29:44 mdw Exp $
+ * $Id$
  *
  * Elliptic curve definitions
  *
  * (c) 2001 Straylight/Edgeware
  */
 
-/*----- Licensing notice --------------------------------------------------* 
+/*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
  *
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  */
 
-/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
- *
- * $Log: ec.h,v $
- * Revision 1.2  2001/05/07 17:29:44  mdw
- * Treat projective coordinates as an internal representation.  Various
- * minor interface changes.
- *
- * Revision 1.1  2001/04/29 18:12:33  mdw
- * Prototype version.
- *
- */
-
 #ifndef CATACOMB_EC_H
 #define CATACOMB_EC_H
 
 
 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
 
-#include "field.h"
-#include "mp.h"
+#ifndef CATACOMB_FIELD_H
+#  include "field.h"
+#endif
+
+#ifndef CATACOMB_MP_H
+#  include "mp.h"
+#endif
+
+#ifndef CATACOMB_QDPARSE_H
+#  include "qdparse.h"
+#endif
 
 /*----- Data structures ---------------------------------------------------*/
 
+/* --- An elliptic curve representation --- */
+
 typedef struct ec_curve {
   const struct ec_ops *ops;            /* Curve operations */
   field *f;                            /* Underlying field structure */
+  mp *a, *b;                           /* Standard params (internal form) */
 } ec_curve;
 
+/* --- An elliptic curve point --- */
+
 typedef struct ec {
   mp *x, *y;                           /* Point coordinates */
   mp *z;                               /* Common denominator (or null) */
 } ec;
 
+/* --- A factor for simultaneous multiplication --- */
+
+typedef struct ec_mulfactor {
+  ec base;                             /* The point */
+  mp *exp;                             /* The exponent */
+} ec_mulfactor;
+
+/* --- Elliptic curve operations --- *
+ *
+ * All operations (apart from @destroy@ and @in@) are guaranteed to be
+ * performed on internal representations of points.
+ *
+ * (Historical note.  We used to guarantee that the second to @add@ and @mul@
+ * was the output of @in@ or @fix@, but this canonification turned out to
+ * make the precomputation in @ec_exp@ too slow.  Projective implementations
+ * must therefore cope with a pair of arbitrary points.)
+ */
+
 typedef struct ec_ops {
+  const char *name;
   void (*destroy)(ec_curve */*c*/);
+  int (*samep)(ec_curve */*c*/, ec_curve */*d*/);
   ec *(*in)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
   ec *(*out)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
+  ec *(*fix)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
   ec *(*find)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, mp */*x*/);
+  ec *(*neg)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
   ec *(*add)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/, const ec */*q*/);
+  ec *(*sub)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/, const ec */*q*/);
   ec *(*dbl)(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
+  int (*check)(ec_curve */*c*/, const ec */*p*/);
 } ec_ops;
 
-#define EC_DESTROY(c)          (c)->ops->destroy((c))
+#define EC_NAME(c)             (c)->ops->name
 
+#define EC_SAMEP(c, d)         (c)->ops->samep((c), (d))
 #define EC_IN(c, d, p)         (c)->ops->in((c), (d), (p))
-#define EC_OUT(c, d, p)                (c)->ops->in((c), (d), (p))
+#define EC_OUT(c, d, p)                (c)->ops->out((c), (d), (p))
+#define EC_FIX(c, d, p)                (c)->ops->fix((c), (d), (p))
 
 #define EC_FIND(c, d, x)       (c)->ops->find((c), (d), (x))
+#define EC_NEG(c, d, x)                (c)->ops->neg((c), (d), (x))
 #define EC_ADD(c, d, p, q)     (c)->ops->add((c), (d), (p), (q))
+#define EC_SUB(c, d, p, q)     (c)->ops->sub((c), (d), (p), (q))
 #define EC_DBL(c, d, p)                (c)->ops->dbl((c), (d), (p))
+#define EC_CHECK(c, p)         (c)->ops->check((c), (p))
+
+/* --- Elliptic curve parameters --- */
+
+typedef struct ec_info {
+  ec_curve *c;                         /* The actual curve */
+  ec g;                                        /* The common point */
+  mp *r;                               /* Order of %$g$% */
+  mp *h;                               /* Cofactor %$h = \#E/r$% */
+} ec_info;
 
 /*----- Simple memory management things -----------------------------------*/
 
@@ -175,57 +215,87 @@ extern ec *ec_setinf(ec */*p*/);
     if (EC_ATINF(p))                                                   \
       _d->x = _d->y = _d->z = MP_NEW;                                  \
     else {                                                             \
-      _d->x = _p->x;                                                   \
-      _d->y = _p->y;                                                   \
-      _d->z = _p->z;                                                   \
+      _d->x = MP_COPY(_p->x);                                          \
+      _d->y = MP_COPY(_p->y);                                          \
+      _d->z = _p->z ? MP_COPY(_p->z) : MP_NEW;                         \
     }                                                                  \
   }                                                                    \
 } while (0)
 
 extern ec *ec_copy(ec */*d*/, const ec */*p*/);
 
+/* --- @ec_eq@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @const ec *p, *q@ = two points
+ *
+ * Returns:    Nonzero if the points are equal.  Compares external-format
+ *             points.
+ */
+
+#define EC_EQ(p, q)                                                    \
+    ((EC_ATINF(p) && EC_ATINF(q)) ||                                   \
+     (!EC_ATINF(p) && !EC_ATINF(q) &&                                  \
+      MP_EQ((p)->x, (q)->x) &&                                         \
+      MP_EQ((p)->y, (q)->y)))
+
+extern int ec_eq(const ec *p, const ec *q);
+
 /*----- Interesting arithmetic --------------------------------------------*/
 
-/* --- @ec_denorm@ --- *
+/* --- @ec_samep@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_curve *c, *d@ = two elliptic curves
+ *
+ * Returns:    Nonzero if the curves are identical (not just isomorphic).
+ *
+ * Use:                Checks for sameness of curves.  This function does the full
+ *             check, not just the curve-type-specific check done by the
+ *             @sampep@ field operation.
+ */
+
+extern int ec_samep(ec_curve */*c*/, ec_curve */*d*/);
+
+/* --- @ec_find@ --- *
  *
  * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
  *             @ec *d@ = pointer to the destination point
- *             @const ec *p@ = pointer to the source point
+ *             @mp *x@ = a possible x-coordinate
  *
- * Returns:    ---
+ * Returns:    The destination if OK, or null if no point was found.
  *
- * Use:                Denormalizes the given point, converting to internal
- *             representations and setting the denominator to 1.
+ * Use:                Finds a point on an elliptic curve with a given
+ *             x-coordinate.  If there is no point with the given
+ *             %$x$%-coordinate, a null pointer is returned and the
+ *             destination is left invalid.
  */
 
-extern void ec_denorm(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
+extern ec *ec_find(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, mp */*x*/);
 
-/* --- @ec_norm@ --- *
+/* --- @ec_rand@ --- *
  *
  * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
  *             @ec *d@ = pointer to the destination point
- *             @const ec *p@ = pointer to the source point
+ *             @grand *r@ = random number source
  *
- * Returns:    ---
+ * Returns:    The destination @d@.
  *
- * Use:                Normalizes the given point, by dividing through by the
- *             denominator and returning to external representation.
+ * Use:                Finds a random point on the given curve.
  */
 
-extern void ec_norm(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
+extern ec *ec_rand(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, grand */*r*/);
 
-/* --- @ec_find@ --- *
+/* --- @ec_neg@ --- *
  *
  * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
  *             @ec *d@ = pointer to the destination point
- *             @mp *x@ = a possible x-coordinate
+ *             @const ec *p@ = pointer to the operand point
  *
- * Returns:    Zero if OK, nonzero if there isn't a point there.
+ * Returns:    The destination point.
  *
- * Use:                Finds a point on an elliptic curve with a given x-coordinate.
+ * Use:                Computes the negation of the given point.
  */
 
-extern void ec_find(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, mp */*x*/);
+extern ec *ec_neg(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
 
 /* --- @ec_add@ --- *
  *
@@ -241,6 +311,20 @@ extern void ec_find(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, mp */*x*/);
 extern ec *ec_add(ec_curve */*c*/, ec */*d*/,
                  const ec */*p*/, const ec */*q*/);
 
+/* --- @ec_sub@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
+ *             @ec *d@ = pointer to the destination point
+ *             @const ec *p, *q@ = pointers to the operand points
+ *
+ * Returns:    The destination @d@.
+ *
+ * Use:                Subtracts one point from another on an elliptic curve.
+ */
+
+extern ec *ec_sub(ec_curve */*c*/, ec */*d*/,
+                 const ec */*p*/, const ec */*q*/);
+
 /* --- @ec_dbl@ --- *
  *
  * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
@@ -254,7 +338,19 @@ extern ec *ec_add(ec_curve */*c*/, ec */*d*/,
 
 extern ec *ec_dbl(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
 
-/* --- @ec_mul@ --- *
+/* --- @ec_check@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
+ *             @const ec *p@ = pointer to the point
+ *
+ * Returns:    Zero if OK, nonzero if this is an invalid point.
+ *
+ * Use:                Checks that a point is actually on an elliptic curve.
+ */
+
+extern int ec_check(ec_curve */*c*/, const ec */*p*/);
+
+/* --- @ec_mul@, @ec_imul@ --- *
  *
  * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
  *             @ec *d@ = pointer to the destination point
@@ -263,14 +359,46 @@ extern ec *ec_dbl(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
  *
  * Returns:    The destination @d@.
  *
- * Use:                Multiplies a point by a scalar, returning %$n p$%.
+ * Use:                Multiplies a point by a scalar, returning %$n p$%.  The
+ *             @imul@ variant uses internal representations for argument
+ *             and result.
  */
 
 extern ec *ec_mul(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/, mp */*n*/);
+extern ec *ec_imul(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/, mp */*n*/);
+
+/* --- @ec_mmul@, @ec_immul@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
+ *             @ec *d@ = pointer to the destination point
+ *             @const ec_mulfactor *f@ = pointer to vector of factors
+ *             @size_t n@ = number of factors
+ *
+ * Returns:    The destination @d@.
+ *
+ * Use:                Does simultaneous point multiplication.  The @immul@ variant
+ *             uses internal representations for arguments and result.
+ */
+
+extern ec *ec_mmul(ec_curve */*c*/, ec */*d*/,
+                  const ec_mulfactor */*f*/, size_t /*n*/);
+extern ec *ec_immul(ec_curve */*c*/, ec */*d*/,
+                   const ec_mulfactor */*f*/, size_t /*n*/);
 
 /*----- Standard curve operations -----------------------------------------*/
 
-/* --- @ec_idin@, @ec_idout@ --- *
+/* --- @ec_stdsamep@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_curve *c, *d@ = two elliptic curves
+ *
+ * Returns:    Nonzero if the curves are identical (not just isomorphic).
+ *
+ * Use:                Simple sameness check on @a@ and @b@ curve members.
+ */
+
+extern int ec_stdsamep(ec_curve */*c*/, ec_curve */*d*/);
+
+/* --- @ec_idin@, @ec_idout@, @ec_idfix@ --- *
  *
  * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
  *             @ec *d@ = pointer to the destination
@@ -285,8 +413,9 @@ extern ec *ec_mul(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/, mp */*n*/);
 
 extern ec *ec_idin(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
 extern ec *ec_idout(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
+extern ec *ec_idfix(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
 
-/* --- @ec_projin@, @ec_projout@ --- *
+/* --- @ec_projin@, @ec_projout@, @ec_projfix@ --- *
  *
  * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
  *             @ec *d@ = pointer to the destination
@@ -300,34 +429,185 @@ extern ec *ec_idout(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
 
 extern ec *ec_projin(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
 extern ec *ec_projout(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
+extern ec *ec_projfix(ec_curve */*c*/, ec */*d*/, const ec */*p*/);
+
+/* --- @ec_stdsub@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an elliptic curve
+ *             @ec *d@ = pointer to the destination
+ *             @const ec *p, *q@ = the operand points
+ *
+ * Returns:    The destination @d@.
+ *
+ * Use:                Standard point subtraction operation, in terms of negation
+ *             and addition.  This isn't as efficient as a ready-made
+ *             subtraction operator.
+ */
+
+extern ec *ec_stdsub(ec_curve */*c*/, ec */*d*/,
+                    const ec */*p*/, const ec */*q*/);
 
 /*----- Creating curves ---------------------------------------------------*/
 
-/* --- @ec_prime@ --- *
+/* --- @ec_destroycurve@ --- *
  *
- * Arguments:  @field *f@ = the underyling field for this elliptic curve
+ * Arguments:  @ec_curve *c@ = pointer to an ellptic curve
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Destroys a description of an elliptic curve.
+ */
+
+extern void ec_destroycurve(ec_curve */*c*/);
+
+/* --- @ec_prime@, @ec_primeproj@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @field *f@ = the underlying field for this elliptic curve
  *             @mp *a, *b@ = the coefficients for this curve
  *
- * Returns:    A pointer to the curve.
+ * Returns:    A pointer to the curve, or null.
  *
  * Use:                Creates a curve structure for an elliptic curve defined over
- *             a prime field.
+ *             a prime field.  The @primeproj@ variant uses projective
+ *             coordinates, which can be a win.
  */
 
 extern ec_curve *ec_prime(field */*f*/, mp */*a*/, mp */*b*/);
+extern ec_curve *ec_primeproj(field */*f*/, mp */*a*/, mp */*b*/);
 
-/* --- @ec_bin@ --- *
+/* --- @ec_bin@, @ec_binproj@ --- *
  *
  * Arguments:  @field *f@ = the underlying field for this elliptic curve
  *             @mp *a, *b@ = the coefficients for this curve
  *
- * Returns:    A pointer to the curve.
+ * Returns:    A pointer to the curve, or null.
  *
- * Use:                Creates a curve structure for a non-supersingular elliptic
- *             curve defined over a binary field.
+ * Use:                Creates a curve structure for an elliptic curve defined over
+ *             a binary field.  The @binproj@ variant uses projective
+ *             coordinates, which can be a win.
  */
 
 extern ec_curve *ec_bin(field */*f*/, mp */*a*/, mp */*b*/);
+extern ec_curve *ec_binproj(field */*f*/, mp */*a*/, mp */*b*/);
+
+/*----- Curve parameter sets ----------------------------------------------*/
+
+/* --- @ec_curveparse@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @qd_parse *qd@ = parser context
+ *
+ * Returns:    Elliptic curve pointer if OK, or null.
+ *
+ * Use:                Parses an elliptic curve description, which has the form
+ *
+ *               * a field description
+ *               * an optional `;'
+ *               * `prime', `primeproj', `bin', or `binproj'
+ *               * an optional `:'
+ *               * the %$a$% parameter
+ *               * an optional `,'
+ *               * the %$b$% parameter
+ */
+
+extern ec_curve *ec_curveparse(qd_parse */*qd*/);
+
+/* --- @ec_ptparse@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @qd_parse *qd@ = parser context
+ *             @ec *p@ = where to put the point
+ *
+ * Returns:    The point address, or null.
+ *
+ * Use:                Parses an elliptic curve point.  This has the form
+ *
+ *               * %$x$%-coordinate
+ *               * optional `,'
+ *               * %$y$%-coordinate
+ */
+
+extern ec *ec_ptparse(qd_parse */*qd*/, ec */*p*/);
+
+/* --- @ec_infoparse@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @qd_parse *qd@ = parser context
+ *             @ec_info *ei@ = curve information block, currently
+ *                     uninitialized
+ *
+ * Returns:    Zero on success, nonzero on failure.
+ *
+ * Use:                Parses an elliptic curve information string, and stores the
+ *             information in @ei@.  This has the form
+ *
+ *               * elliptic curve description
+ *               * optional `;'
+ *               * common point
+ *               * optional `:'
+ *               * group order
+ *               * optional `*'
+ *               * cofactor
+ */
+
+extern int ec_infoparse(qd_parse */*qd*/, ec_info */*ei*/);
+
+/* --- @ec_infofromdata@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_info *ei@ = where to write the information
+ *             @ecdata *ed@ = raw data
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Loads elliptic curve information about one of the standard
+ *             curves.
+ */
+
+struct ecdata;
+extern void ec_infofromdata(ec_info */*ei*/, struct ecdata */*ed*/);
+
+/* --- @ec_getinfo@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_info *ei@ = where to write the information
+ *             @const char *p@ = string describing a curve
+ *
+ * Returns:    Null on success, or a pointer to an error message.
+ *
+ * Use:                Parses out information about a curve.  The string is either a
+ *             standard curve name, or a curve info string.
+ */
+
+extern const char *ec_getinfo(ec_info */*ei*/, const char */*p*/);
+
+/* --- @ec_sameinfop@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_info *ei, *ej@ = two elliptic curve parameter sets
+ *
+ * Returns:    Nonzero if the curves are identical (not just isomorphic).
+ *
+ * Use:                Checks for sameness of curve parameters.
+ */
+
+extern int ec_sameinfop(ec_info */*ei*/, ec_info */*ej*/);
+
+/* --- @ec_freeinfo@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @ec_info *ei@ = elliptic curve information block to free
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Frees the information block.
+ */
+
+extern void ec_freeinfo(ec_info */*ei*/);
+
+/* --- @ec_checkinfo@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @const ec_info *ei@ = elliptic curve information block
+ *
+ * Returns:    Null if OK, or pointer to error message.
+ *
+ * Use:                Checks an elliptic curve according to the rules in SEC1.
+ */
+
+extern const char *ec_checkinfo(const ec_info */*ei*/, grand */*gr*/);
 
 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/