Fast but nonstandard secret sharing system.
authormdw <mdw>
Sat, 17 Jun 2000 10:56:30 +0000 (10:56 +0000)
committermdw <mdw>
Sat, 17 Jun 2000 10:56:30 +0000 (10:56 +0000)
gfshare-mktab.c [new file with mode: 0644]
gfshare.c [new file with mode: 0644]
gfshare.h [new file with mode: 0644]

diff --git a/gfshare-mktab.c b/gfshare-mktab.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..709e619
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,116 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: gfshare-mktab.c,v 1.1 2000/06/17 10:56:30 mdw Exp $
+ *
+ * Generate tables for %$\gf(2^8)$% multiplication
+ *
+ * (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.
+ */
+
+/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
+ *
+ * $Log: gfshare-mktab.c,v $
+ * Revision 1.1  2000/06/17 10:56:30  mdw
+ * Fast but nonstandard secret sharing system.
+ *
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+#include <mLib/bits.h>
+
+/*----- Magic numbers -----------------------------------------------------*/
+
+#define MOD 0x11d
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+  octet log[256], alog[256];
+  unsigned x;
+  unsigned i;
+
+  x = 1;
+  for (i = 0; i < 255; i++) {
+    alog[i] = x;
+    log[x] = i;
+    x <<= 1;
+    if (x & 0x100)
+      x ^= MOD;
+  }
+  log[0] = 0;
+  alog[255] = 1;
+
+  fputs("\
+/* -*-c-*-\n\
+ *\n\
+ * Log tables for secret sharing in %$\\gf(2^8)$% [generated]\n\
+ */\n\
+\n\
+#ifndef GFSHARE_TAB_H\n\
+#define GFSHARE_TAB_H\n\
+\n\
+#define GFSHARE_LOG {                                                  \\\n\
+  ", stdout);
+
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    printf("0x%02x", log[i]);
+    if (i == 255)
+      puts("                   \\\n}\n");
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+
+  fputs("\
+#define GFSHARE_EXP {                                                  \\\n\
+  ", stdout);
+
+  for (i = 0; i < 510; i++) {
+    printf("0x%02x", alog[i % 255]);
+    if (i == 509)
+      puts("                                   \\\n}\n");
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+
+  /* --- Done --- */
+
+  fputs("#endif\n", stdout);
+
+  if (fclose(stdout)) {
+    fprintf(stderr, "error writing data\n");
+    exit(EXIT_FAILURE);
+  }
+
+  return (0);  
+}
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/
diff --git a/gfshare.c b/gfshare.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..cdc00d2
--- /dev/null
+++ b/gfshare.c
@@ -0,0 +1,352 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: gfshare.c,v 1.1 2000/06/17 10:56:30 mdw Exp $
+ *
+ * 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.
+ */
+
+/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
+ *
+ * $Log: gfshare.c,v $
+ * Revision 1.1  2000/06/17 10:56:30  mdw
+ * Fast but nonstandard secret sharing system.
+ *
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <assert.h>
+#include <stdarg.h>
+#include <stdio.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 octet gflog[] = GFSHARE_LOG, gfexp[] = GFSHARE_EXP;
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @gfshare_create@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context to initialize
+ *             @unsigned t, n@ = threshold parameters for the system
+ *             @size_t sz@ = size of the secret
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Initializes a sharing context.
+ */
+
+void gfshare_create(gfshare *s, unsigned t, unsigned n, size_t sz)
+{
+  s->t = t;
+  s->n = n;
+  s->i = 0;
+  s->sz = sz;
+  s->s = 0;
+  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)
+{
+  unsigned n;
+  unsigned i;
+
+  /* --- Dispose of the share vector --- */
+
+  if (s->v) {
+    if (s->i)
+      n = s->i;
+    else if (s->n)
+      n = s->n;
+    else
+      n = s->t;
+    for (i = 0; i < n; i++) {
+      if (s->v[i].y)
+       XS_FREE(s->v[i].y);
+    }
+    xfree(s->v);
+  }
+}
+
+/* --- @gfshare_mkshares@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context to fill in
+ *             @grand *r@ = pointer to random number source
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Generates @c->n@ secret shares, such that any @c->t@ of them
+ *             may be used to recover the secret.
+ *
+ *             The context structure is expected to be mostly filled in.  In
+ *             particular, @t@, @n@, @ssz@ and @s@ 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)
+{
+  octet *v;
+  unsigned i;
+
+  /* --- Construct the coefficients --- */
+
+  v = XS_ALLOC(s->sz * s->t);
+  r->ops->fill(r, v, s->sz * (s->t - 1));
+  memcpy(v + s->sz * (s->t - 1), s->s, s->sz);
+
+
+  /* --- Construct the shares --- */
+
+  if (!s->v)
+    s->v = xmalloc(s->n * sizeof(gfshare_pt));
+
+  for (i = 0; i < s->n; i++) {
+    unsigned j;
+    const octet *p = v;
+    unsigned ilog = gflog[i + 1];
+
+    /* --- Evaluate the polynomial at %$x = i + 1$% --- */
+
+    s->v[i].y = XS_ALLOC(s->sz);
+    memcpy(s->v[i].y, p, s->sz);
+    p += s->sz;
+    for (j = 1; j < s->t; j++) {
+      octet *q = s->v[i].y;
+      unsigned k;
+      for (k = 0; k < s->sz; k++) {
+       unsigned qq = *q;
+       if (qq)
+         qq = gfexp[ilog + gflog[qq]];
+       *q++ = qq ^ *p++;
+      }
+    }
+    s->v[i].x = i;
+  }
+
+  /* --- Dispose of various bits of old rubbish --- */
+
+  XS_FREE(v);
+}
+
+/* --- @gfshare_add@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to sharing context
+ *             @unsigned x@ = which share number this is
+ *             @const octet *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 octet *y)
+{
+  /* --- If no vector has been allocated, create one --- */
+
+  if (!s->v) {
+    s->v = xmalloc(s->t * sizeof(gfshare_pt));
+    s->i = 0;
+  }
+
+  assert(((void)"Share context is full", s->i < s->t));
+
+  /* --- Store the share in the vector --- */
+
+  s->v[s->i].x = x;
+  s->v[s->i].y = XS_ALLOC(s->sz);
+  memcpy(s->v[s->i].y, y, s->sz);
+  s->i++;
+
+  /* --- Done --- */
+
+  return (s->t - s->i);
+}
+
+/* --- @gfshare_combine@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context
+ *             @octet *buf@ = pointer to output buffer for the secret
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Reconstructs a secret, given enough shares.
+ */
+
+void gfshare_combine(gfshare *s, octet *buf)
+{
+  unsigned i, j;
+  octet *v;
+
+  /* --- Sanity checking --- */
+
+  assert(((void)"Not enough shares yet", s->i == s->t));
+
+  /* --- Precomputation of coefficients --- */
+
+  v = XS_ALLOC(s->t);
+
+  for (i = 0; i < s->t; i++) {
+    unsigned c = 0, ci = 0;
+    for (j = 0; j < s->t; j++) {
+      if (i == j)
+       continue;
+      c += gflog[s->v[j].x + 1];
+      if (c >= 0xff)
+       c -= 0xff;
+      ci += gflog[(s->v[i].x + 1) ^ (s->v[j].x + 1)];
+      if (ci >= 0xff)
+       ci -= 0xff;
+    }
+    if (ci > c)
+      c += 0xff;
+    c -= ci;
+    v[i] = c;
+  }
+
+  /* --- Grind through the shares --- */
+
+  for (i = 0; i < s->sz; i++) {
+    unsigned x = 0;
+    for (j = 0; j < s->t; j++) {
+      if (s->v[j].y[i])
+       x ^= gfexp[v[j] + gflog[s->v[j].y[i]]];
+    }
+    buf[i] = x;
+  }
+
+  XS_FREE(v);
+}
+
+/*----- 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;
+
+  gfshare_pt *v = xmalloc(t * sizeof(gfshare_pt));
+  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, n, len);
+  s.s = sec;
+
+  gfshare_mkshares(&s, r);
+  for (i = 0; i < t; i++) {
+    v[i].x = s.v[p[i]].x;
+    v[i].y = xmalloc(len);
+    memcpy(v[i].y, s.v[p[i]].y, len);
+  }
+  gfshare_destroy(&s);
+
+  gfshare_create(&s, t, n, len);
+  for (i = 0; i < t; i++) {
+    gfshare_add(&s, v[i].x, v[i].y);
+  }
+  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);
+
+  for (i = 0; i < t; i++)
+    xfree(v[i].y);
+  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 -------------------------------------------------*/
diff --git a/gfshare.h b/gfshare.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..b0aca05
--- /dev/null
+++ b/gfshare.h
@@ -0,0 +1,154 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: gfshare.h,v 1.1 2000/06/17 10:56:30 mdw Exp $
+ *
+ * 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.
+ */
+
+/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
+ *
+ * $Log: gfshare.h,v $
+ * Revision 1.1  2000/06/17 10:56:30  mdw
+ * Fast but nonstandard secret sharing system.
+ *
+ */
+
+#ifndef CATACOMB_GFSHARE_H
+#define CATACOMB_GFSHARE_H
+
+#ifdef __cplusplus
+  extern "C" {
+#endif
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <mLib/bits.h>
+
+#ifndef CATACOMB_GRAND_H
+#  include "grand.h"
+#endif
+
+/*----- Data structures ---------------------------------------------------*/
+
+/* --- A secret sharing context --- */
+
+typedef struct gfshare_pt {
+  octet x;                             /* %$x$%-coordinate of the share */
+  octet *y;                            /* Pointer to share payload */
+} gfshare_pt;
+
+typedef struct gfshare {
+  unsigned t;                          /* Threshold */
+  unsigned n;                          /* The number of shares to make */
+  unsigned i;                          /* Next free slot in vector */
+  size_t sz;                           /* Size of the secret and shares */
+  octet *s;                            /* The secret */
+  gfshare_pt *v;                       /* Vector of share information */
+} gfshare;
+
+#define GFSHARE_INIT(t, n, sz) { t, n, 0, sz, 0, 0 }
+
+/*----- Functions provided ------------------------------------------------*/
+
+/* --- @gfshare_create@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context to initialize
+ *             @unsigned t, n@ = threshold parameters for the system
+ *             @size_t sz@ = size of the secret
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Initializes a sharing context.
+ */
+
+extern void gfshare_create(gfshare */*s*/, unsigned /*t*/, unsigned /*n*/,
+                          size_t /*sz*/);
+
+/* --- @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.
+ */
+
+extern void gfshare_destroy(gfshare */*s*/);
+
+/* --- @gfshare_mkshares@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context to fill in
+ *             @grand *r@ = pointer to random number source
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Generates @c->n@ secret shares, such that any @c->t@ of them
+ *             may be used to recover the secret.
+ *
+ *             The context structure is expected to be mostly filled in.  In
+ *             particular, @t@, @n@, @ssz@ and @s@ 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.
+ */
+
+extern void gfshare_mkshares(gfshare */*s*/, grand */*r*/);
+
+/* --- @gfshare_add@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to sharing context
+ *             @unsigned x@ = which share number this is
+ *             @const octet *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@.
+ */
+
+extern unsigned gfshare_add(gfshare */*s*/,
+                           unsigned /*x*/, const octet */*y*/);
+
+/* --- @gfshare_combine@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @gfshare *s@ = pointer to share context
+ *             @octet *buf@ = pointer to output buffer for the secret
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Reconstructs a secret, given enough shares.
+ */
+
+extern void gfshare_combine(gfshare */*s*/, octet */*buf*/);
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/
+
+#ifdef __cplusplus
+  }
+#endif
+
+#endif