]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/commit
crypto/elliptic: import fiat-crypto P-521 field implementation
authorFilippo Valsorda <filippo@golang.org>
Fri, 30 Apr 2021 21:05:54 +0000 (17:05 -0400)
committerFilippo Valsorda <filippo@golang.org>
Sun, 9 May 2021 00:08:05 +0000 (00:08 +0000)
commit14c3d2aa596147bd90da298a4b2a70660786c682
treef102e9325683979296015a328ee263ff51766786
parentec4efa42089415b0427a4d30b317cfd7e4a0fe75
crypto/elliptic: import fiat-crypto P-521 field implementation

Fiat Cryptography (https://github.com/mit-plv/fiat-crypto) is a project
that produces prime order field implementations (the code that does
arithmetic modulo a prime number) based on a formally verified model.

The formal verification covers some of the most subtle and hard to test
parts of an elliptic curve implementation, like carry chains. It would
probably have prevented #20040 and #43786.

This CL imports a 64-bit implementation of the P-521 base field,
replacing the horribly slow and catastrophically variable time big.Int
CurveParams implementation.

The code in p521_fiat64.go is generated reproducibly by fiat-crypto,
building and running the Dockerfile according to the README.

The code in fiat/p521.go is a thin and idiomatic wrapper around the
fiat-crypto code. It includes an Invert method generated with the help
of github.com/mmcloughlin/addchain.

The code in elliptic/p521.go is a line-by-line port of the CurveParams
implementation. Lsh(x, N) was replaced with repeated Add(x, x) calls.
Mul(x, x) was replaced with Square(x). Mod calls were removed, as all
operations are modulo P. Likewise, Add calls to bring values back to
positive were removed. The ScalarMult ladder implementation is now
constant time, copied from p224ScalarMult. Only other notable changes
are adding a p512Point type to keep (x, y, z) together, and making
addJacobian and doubleJacobian methods on that type, with the usual
receiver semantics to save 4 allocations per step.

This amounts to a proof of concept, and is far from a mature elliptic
curve implementation. Here's a non-exhaustive list of things that need
improvement, most of which are pre-existing issues with crypto/elliptic.
Some of these can be fixed without API change, so can't.

- Marshal and Unmarshal still use the slow, variable time big.Int
  arithmetic. The Curve interface does not expose field operations, so
  we'll have to make our own abstraction.

- Point addition uses an incomplete Jacobian formula, which has variable
  time behaviors for points at infinity and equal points. There are
  better, complete formulae these days, but I wanted to keep this CL
  reviewable against the existing code.

- The scalar multiplication ladder is still heavily variable time. This
  is easy to fix and I'll do it in a follow-up CL, but I wanted to keep
  this one easier to review.

- Fundamentally, values have to go in and out of big.Int representation
  when they pass through the Curve interface, which is both slow and
  slightly variable-time.

- There is no scalar field implementation, so crypto/ecdsa ends up using
  big.Int for signing.

- Extending this to P-384 would involve either duplicating all P-521
  code, or coming up with some lower-level interfaces for the base
  field. Even better, generics, which would maybe let us save heap
  allocations due to virtual calls.

- The readability and idiomaticity of the autogenerated code can
  improve, although we have a clear abstraction and well-enforced
  contract, which makes it unlikely we'll have to resort to manually
  modifying the code. See mit-plv/fiat-crypto#949.

- We could also have a 32-bit implementation, since it's almost free to
  have fiat-crypto generate one.

Anyway, it's definitely better than CurveParams, and definitely faster.

name                   old time/op    new time/op    delta
pkg:crypto/elliptic goos:darwin goarch:arm64
ScalarBaseMult/P521-8    4.18ms ± 3%    0.86ms ± 2%  -79.50%  (p=0.000 n=10+9)
ScalarMult/P521-8        4.17ms ± 2%    0.85ms ± 6%  -79.68%  (p=0.000 n=10+10)
pkg:crypto/ecdsa goos:darwin goarch:arm64
Sign/P521-8              4.23ms ± 1%    0.94ms ± 0%  -77.70%  (p=0.000 n=9+8)
Verify/P521-8            8.31ms ± 2%    1.75ms ± 4%  -78.99%  (p=0.000 n=9+10)
GenerateKey/P521-8       4.15ms ± 2%    0.85ms ± 2%  -79.49%  (p=0.000 n=10+9)

name                   old alloc/op   new alloc/op   delta
pkg:crypto/elliptic goos:darwin goarch:arm64
ScalarBaseMult/P521-8    3.06MB ± 3%    0.00MB ± 0%  -99.97%  (p=0.000 n=10+10)
ScalarMult/P521-8        3.05MB ± 1%    0.00MB ± 0%  -99.97%  (p=0.000 n=9+10)
pkg:crypto/ecdsa goos:darwin goarch:arm64
Sign/P521-8              3.03MB ± 0%    0.01MB ± 0%  -99.74%  (p=0.000 n=10+8)
Verify/P521-8            6.06MB ± 1%    0.00MB ± 0%  -99.93%  (p=0.000 n=9+9)
GenerateKey/P521-8       3.02MB ± 0%    0.00MB ± 0%  -99.96%  (p=0.000 n=9+10)

name                   old allocs/op  new allocs/op  delta
pkg:crypto/elliptic goos:darwin goarch:arm64
ScalarBaseMult/P521-8     19.8k ± 3%      0.0k ± 0%  -99.95%  (p=0.000 n=10+10)
ScalarMult/P521-8         19.7k ± 1%      0.0k ± 0%  -99.95%  (p=0.000 n=9+10)
pkg:crypto/ecdsa goos:darwin goarch:arm64
Sign/P521-8               19.6k ± 0%      0.1k ± 0%  -99.63%  (p=0.000 n=10+10)
Verify/P521-8             39.2k ± 1%      0.1k ± 0%  -99.84%  (p=0.000 n=9+10)
GenerateKey/P521-8        19.5k ± 0%      0.0k ± 0%  -99.91%  (p=0.000 n=9+10)

Updates #40171

Change-Id: Ic898b09a2388382bf51ec007d9a79d72d44efe10
Reviewed-on: https://go-review.googlesource.com/c/go/+/315271
Run-TryBot: Filippo Valsorda <filippo@golang.org>
TryBot-Result: Go Bot <gobot@golang.org>
Reviewed-by: Katie Hockman <katie@golang.org>
Trust: Katie Hockman <katie@golang.org>
Trust: Filippo Valsorda <filippo@golang.org>
src/crypto/elliptic/elliptic.go
src/crypto/elliptic/internal/fiat/Dockerfile [new file with mode: 0644]
src/crypto/elliptic/internal/fiat/README [new file with mode: 0644]
src/crypto/elliptic/internal/fiat/p521.go [new file with mode: 0644]
src/crypto/elliptic/internal/fiat/p521_fiat64.go [new file with mode: 0644]
src/crypto/elliptic/internal/fiat/p521_test.go [new file with mode: 0644]
src/crypto/elliptic/p521.go [new file with mode: 0644]
src/go/build/deps_test.go