Rearrange the file tree.
[u/mdw/catacomb] / misc / gfshare.c
diff --git a/misc/gfshare.c b/misc/gfshare.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0eb076b
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,339 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * Secret sharing over %$\gf{2^8}$%
+ *
+ * (c) 2000 Straylight/Edgeware
+ */
+
+/*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
+ *
+ * This file is part of Catacomb.
+ *
+ * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU Library General Public License as
+ * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+ * License, or (at your option) any later version.
+ *
+ * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ * GNU Library General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU Library General Public
+ * License along with Catacomb; if not, write to the Free
+ * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
+ * MA 02111-1307, USA.
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <assert.h>
+#include <stdarg.h>
+#include <stdio.h>
+#include <string.h>
+
+#include <mLib/alloc.h>
+#include <mLib/bits.h>
+
+#include "arena.h"
+#include "gfshare.h"
+#include "gfshare-tab.h"
+#include "grand.h"
+
+/*----- Static variables --------------------------------------------------*/
+
+static const octet gflog[] = GFSHARE_LOG, gfexp[] = GFSHARE_EXP;
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @gfshare_create@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context to initialize
+ *             @unsigned t@ = threshold for the system
+ *             @size_t sz@ = size of the secret
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Initializes a sharing context.
+ */
+
+void gfshare_create(gfshare *s, unsigned t, size_t sz)
+{
+  s->t = t;
+  s->i = 0;
+  s->sz = sz;
+  s->v = 0;
+}
+
+/* --- @gfshare_destroy@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context to destroy
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Disposes of a sharing context.  The allocations for the
+ *             individual shares and the vector @v@ are freed; the secret is
+ *             left alone.
+ */
+
+void gfshare_destroy(gfshare *s)
+{
+  if (s->v)
+    XS_FREE(s->v);
+}
+
+/* --- @gfshare_mkshares@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context to fill in
+ *             @grand *r@ = pointer to random number source
+ *             @const void *buf@ = pointer to the secret to share
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Initializes a sharing context to be able to create shares.
+ *             The context structure is expected to be mostly filled in.  In
+ *             particular, @t@ must be initialized.  If @v@ is zero, a
+ *             vector of appropriate size is allocated.  You should use the
+ *             macro @GFSHARE_INIT@ or @gfshare_create@ to construct sharing
+ *             contexts.
+ */
+
+void gfshare_mkshares(gfshare *s, grand *r, const void *buf)
+{
+  s->v = XS_ALLOC(s->sz * s->t);
+  r->ops->fill(r, s->v, s->sz * (s->t - 1));
+  memcpy(s->v + s->sz * (s->t - 1), buf, s->sz);
+}
+
+/* --- @gfshare_get@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share conext
+ *             @unsigned x@ = share index to fetch
+ *             @void *buf@ = pointer to output buffer
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Extracts a share from the system.  You may extract up to 255
+ *             shares from the system.  Shares are indexed from 0.
+ */
+
+void gfshare_get(gfshare *s, unsigned x, void *buf)
+{
+  unsigned i;
+  const octet *p = s->v;
+  unsigned ilog = gflog[x + 1];
+
+  /* --- Evaluate the polynomial at %$x = i + 1$% --- */
+
+  memcpy(buf, p, s->sz);
+  p += s->sz;
+
+  for (i = 1; i < s->t; i++) {
+    octet *q = buf;
+    unsigned k;
+    for (k = 0; k < s->sz; k++) {
+      unsigned qq = *q;
+      if (qq)
+       qq = gfexp[ilog + gflog[qq]];
+      *q++ = qq ^ *p++;
+    }
+  }
+}
+
+/* --- @gfshare_addedp@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to sharing context
+ *             @unsigned x@ = which share number to check
+ *
+ * Returns:    Nonzero if share @x@ has been added already, zero if it
+ *             hasn't.
+ */
+
+int gfshare_addedp(gfshare *s, unsigned x)
+{
+  unsigned i;
+
+  for (i = 0; i < s->i; i++) {
+    if (GFSHARE_INDEX(s, i) == x + 1)
+      return (1);
+  }
+  return (0);
+}
+
+/* --- @gfshare_add@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to sharing context
+ *             @unsigned x@ = which share number this is
+ *             @const void *y@ = the share value
+ *
+ * Returns:    Number of shares required before recovery may be performed.
+ *
+ * Use:                Adds a share to the context.  The context must have been
+ *             initialized with the correct threshold @t@.
+ */
+
+unsigned gfshare_add(gfshare *s, unsigned x, const void *y)
+{
+  octet *p;
+
+  assert(((void)"Share context is full", s->i < s->t));
+  assert(((void)"Share already present", !gfshare_addedp(s, x)));
+
+  /* --- If no vector has been allocated, create one --- */
+
+  if (!s->v) {
+    s->v = XS_ALLOC(s->t * (s->sz + 1));
+    s->i = 0;
+  }
+
+  /* --- Store the share in the vector --- */
+
+  p = &GFSHARE_INDEX(s, s->i);
+  *p++ = x + 1;
+  memcpy(p, y, s->sz);
+  s->i++;
+
+  /* --- Done --- */
+
+  return (s->t - s->i);
+}
+
+/* --- @gfshare_combine@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context
+ *             @void *buf@ = pointer to output buffer for the secret
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Reconstructs a secret, given enough shares.
+ */
+
+void gfshare_combine(gfshare *s, void *buf)
+{
+  unsigned i, j;
+  unsigned xi, xj;
+
+  /* --- Sanity checking --- */
+
+  assert(((void)"Not enough shares yet", s->i == s->t));
+
+  /* --- Grind through the shares --- */
+
+  memset(buf, 0, s->sz);
+
+  for (i = 0; i < s->t; i++) {
+    octet *p = buf;
+    octet *q = &GFSHARE_INDEX(s, i);
+    unsigned c = 0, ci = 0;
+
+    /* --- Compute the magic coefficient --- */
+
+    xi = *q++;
+    for (j = 0; j < s->t; j++) {
+      if (i == j)
+       continue;
+      xj = GFSHARE_INDEX(s, j);
+      c += gflog[xj];
+      if (c >= 0xff)
+       c -= 0xff;
+      ci += gflog[xi ^ xj];
+      if (ci >= 0xff)
+       ci -= 0xff;
+    }
+    if (ci > c)
+      c += 0xff;
+    c -= ci;
+
+    /* --- Work out another layer of the secret --- */
+
+    p = buf;
+    for (j = 0; j < s->sz; j++) {
+      if (*q)
+       *p ^= gfexp[c + gflog[*q]];
+      p++, q++;
+    }
+  }
+}
+
+/*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
+
+#ifdef TEST_RIG
+
+#include "fibrand.h"
+
+static int verify(grand *r)
+{
+  unsigned n = r->ops->range(r, 16) + 8;
+  unsigned t = r->ops->range(r, n - 1) + 1;
+  unsigned len = r->ops->range(r, 32) + 1;
+
+  octet *v = xmalloc(t * len);
+  unsigned *p = xmalloc(n * sizeof(unsigned));
+  octet *sec = xmalloc(len), *sbuf = xmalloc(len);
+  gfshare s;
+  unsigned i;
+
+  int ok = 1;
+
+  for (i = 0; i < n; i++)
+    p[i] = i;
+  for (i = 0; i < t; i++) {
+    unsigned long j = r->ops->range(r, n - i);
+    unsigned x = p[i];
+    p[i] = p[i + j];
+    p[i + j] = x;
+  }
+
+  r->ops->fill(r, sec, len);
+
+  gfshare_create(&s, t, len);
+
+  gfshare_mkshares(&s, r, sec);
+  for (i = 0; i < t; i++)
+    gfshare_get(&s, p[i], v + (i * len));
+  gfshare_destroy(&s);
+
+  gfshare_create(&s, t, len);
+  for (i = 0; i < t; i++)
+    gfshare_add(&s, p[i], v + (i * len));
+  gfshare_combine(&s, sbuf);
+  gfshare_destroy(&s);
+
+  if (memcmp(sec, sbuf, len) != 0) {
+    ok = 0;
+    fprintf(stderr, "\nbad recombination of shares\n");
+  };
+
+  xfree(sec);
+  xfree(sbuf);
+
+  xfree(v);
+  xfree(p);
+
+  return (ok);
+}
+
+int main(void)
+{
+  grand *r = fibrand_create(0);
+  unsigned i;
+  int ok = 1;
+
+  fputs("gfshare: ", stdout);
+  for (i = 0; i < 40; i++) {
+    if (!verify(r))
+      ok = 0;
+    fputc('.', stdout);
+    fflush(stdout);
+  }
+
+  if (ok)
+    fputs(" ok\n", stdout);
+  else
+    fputs(" failed\n", stdout);
+  return (ok ? EXIT_SUCCESS : EXIT_FAILURE);
+}
+
+#endif
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/