Test during split that one missing part will allow for no leakage.
[shamirs] / shamirssecret.c
index b69004884bb889f5f0dc9530d39edd42b76092a8..92c2c9cf8bdf1fac83be393a7175ee1f923fbc2a 100644 (file)
@@ -7,6 +7,7 @@
 #include <unistd.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <sys/mman.h>
+#include <stdbool.h>
 
 #define MAX_LENGTH 1024
 #define ERROREXIT(str...) {fprintf(stderr, str); exit(1);}
@@ -16,6 +17,7 @@
  */
 #define P 256
 
+#ifndef TEST
 static uint8_t field_add(uint8_t a, uint8_t b) {
        return a ^ b;
 }
@@ -27,6 +29,7 @@ static uint8_t field_sub(uint8_t a, uint8_t b) {
 static uint8_t field_neg(uint8_t a) {
        return field_sub(0, a);
 }
+#endif
 
 static const uint8_t exp[P] = {
        0x01, 0x03, 0x05, 0x0f, 0x11, 0x33, 0x55, 0xff, 0x1a, 0x2e, 0x72, 0x96, 0xa1, 0xf8, 0x13, 0x35,
@@ -102,6 +105,11 @@ static uint8_t field_pow_ret(uint8_t calc, uint8_t a, uint8_t e) {
        return ret;
 }
 static uint8_t field_pow(uint8_t a, uint8_t e) {
+#ifndef TEST
+       // Although this function works for a==0, its not trivially obvious why,
+       // and since we never call with a==0, we just assert a != 0 (except when testing)
+       assert(a != 0);
+#endif
        return field_pow_ret(exp[(log[a] * e) % 255], a, e);
 }
 
@@ -125,7 +133,7 @@ static uint8_t field_mul_calc(uint8_t a, uint8_t b) {
 static uint8_t field_pow_calc(uint8_t a, uint8_t e) {
        uint8_t ret = 1;
        for (uint8_t i = 0; i < e; i++)
-               ret = field_mul(ret, a);
+               ret = field_mul_calc(ret, a);
        return ret;
 }
 int main() {
@@ -134,7 +142,7 @@ int main() {
                assert(field_mul_calc(i, field_invert(i)) == 1);
 
        // Test multiplication with the logarithm tables
-       for (uint16_t i = 0; i < 2; i++) {
+       for (uint16_t i = 0; i < P; i++) {
                for (uint16_t j = 0; j < P; j++)
                        assert(field_mul(i, j) == field_mul_calc(i, j));
        }
@@ -180,12 +188,77 @@ uint8_t calculateSecret(uint8_t x[], uint8_t q[], uint8_t k) {
 }
 
 
+void derive_missing_part(uint8_t total_shares, uint8_t shares_required, bool parts_have[], uint8_t* split_version, uint8_t split_index, uint8_t split_size) {
+       uint8_t (*D)[split_size] = (uint8_t (*)[split_size])split_version;
+       uint8_t x[shares_required], q[shares_required];
+
+       // Fill in x/q with the selected shares
+       uint16_t x_pos = 0;
+       for (uint8_t i = 0; i < P-1; i++) {
+               if (parts_have[i]) {
+                       x[x_pos] = i+1;
+                       q[x_pos++] = D[i][split_index];
+               }
+       }
+       assert(x_pos == shares_required - 1);
+
+       // Now loop through ALL x we didn't already set (despite not having that many
+       // shares, because more shares could be added arbitrarily, any x should not be
+       // able to rule out any possible secrets) and try each possible q, making sure
+       // that each q gives us a new possibility for the secret.
+       bool impossible_secrets[P];
+       memset(impossible_secrets, 0, sizeof(impossible_secrets));
+       for (uint16_t final_x = 1; final_x < P; final_x++) { 
+               bool x_already_used = false;
+               for (uint8_t j = 0; j < shares_required; j++) {
+                       if (x[j] == final_x)
+                               x_already_used = true;
+               }
+               if (x_already_used)
+                       continue;
+
+               x[shares_required-1] = final_x;
+               bool possible_secrets[P];
+               memset(possible_secrets, 0, sizeof(possible_secrets));
+               for (uint16_t new_q = 0; new_q < P; new_q++) {
+                       q[shares_required-1] = new_q;
+                       possible_secrets[calculateSecret(x, q, shares_required)] = 1;
+               }
+
+               for (uint16_t i = 0; i < P; i++)
+                       assert(possible_secrets[i]);
+       }
+
+       //TODO: Check that gcc isn't optimizing this one away
+       memset(q, 0, sizeof(q));
+}
+
+void check_possible_missing_part_derivations_intern(uint8_t total_shares, uint8_t shares_required, bool parts_have[], uint8_t parts_included, uint16_t progress, uint8_t* split_version, uint8_t split_index, uint8_t split_size) {
+       if (parts_included == shares_required-1)
+               return derive_missing_part(total_shares, shares_required, parts_have, split_version, split_index, split_size);
+
+       if (total_shares - progress < shares_required)
+               return;
+
+       check_possible_missing_part_derivations_intern(total_shares, shares_required, parts_have, parts_included, progress+1, split_version, split_index, split_size);
+       parts_have[progress] = 1;
+       check_possible_missing_part_derivations_intern(total_shares, shares_required, parts_have, parts_included+1, progress+1, split_version, split_index, split_size);
+       parts_have[progress] = 0;
+}
+
+void check_possible_missing_part_derivations(uint8_t total_shares, uint8_t shares_required, uint8_t* split_version, uint8_t split_index, uint8_t split_size) {
+       bool parts_have[P];
+       memset(parts_have, 0, sizeof(parts_have));
+       check_possible_missing_part_derivations_intern(total_shares, shares_required, parts_have, 0, 0, split_version, split_index, split_size);
+}
+
+
 
 int main(int argc, char* argv[]) {
        assert(mlockall(MCL_CURRENT | MCL_FUTURE) == 0);
 
        char split = 0;
-       uint8_t n = 0, k = 0;
+       uint8_t total_shares = 0, shares_required = 0;
        char* files[P]; uint8_t files_count = 0;
        char *in_file = (void*)0, *out_file_param = (void*)0;
 
@@ -209,7 +282,7 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
                        if (t <= 0 || t >= P)
                                ERROREXIT("n must be > 0 and < %u\n", P)
                        else
-                               n = t;
+                               total_shares = t;
                        break;
                }
                case 'k': {
@@ -217,7 +290,7 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
                        if (t <= 0 || t >= P)
                                ERROREXIT("n must be > 0 and < %u\n", P)
                        else
-                               k = t;
+                               shares_required = t;
                        break;
                }
                case 'i':
@@ -241,17 +314,17 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
                        ERROREXIT("getopt failed?\n")
                }
        if (!(split & 0x2))
-               ERROREXIT("Must specify either -c or -s\n")
+               ERROREXIT("Must specify one of -c, -s or -?\n")
        split &= 0x1;
 
        if (argc != optind)
                ERROREXIT("Invalid argument\n")
 
        if (split) {
-               if (!n || !k)
+               if (!total_shares || !shares_required)
                        ERROREXIT("n and k must be set.\n")
 
-               if (k > n)
+               if (shares_required > total_shares)
                        ERROREXIT("k must be <= n\n")
 
                if (files_count != 0 || !in_file || !out_file_param)
@@ -264,7 +337,6 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
                        ERROREXIT("Could not open %s for reading.\n", in_file)
 
                uint8_t secret[MAX_LENGTH];
-               memset(secret, 0, MAX_LENGTH*sizeof(uint8_t));
 
                size_t secret_length = fread(secret, 1, MAX_LENGTH*sizeof(uint8_t), secret_file);
                if (secret_length == 0)
@@ -274,20 +346,26 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
                fclose(secret_file);
                printf("Using secret of length %lu\n", secret_length);
 
-               uint8_t a[secret_length][k], D[n][secret_length];
+               uint8_t a[shares_required], D[total_shares][secret_length];
+
+               for (uint32_t i = 0; i < secret_length; i++) {
+                       a[0] = secret[i];
 
-               for (uint8_t i = 0; i < secret_length; i++) {
-                       a[i][0] = secret[i];
+                       for (uint8_t j = 1; j < shares_required; j++)
+                               assert(fread(&a[j], sizeof(uint8_t), 1, random) == 1);
+                       for (uint8_t j = 0; j < total_shares; j++)
+                               D[j][i] = calculateQ(a, shares_required, j+1);
 
-                       for (uint8_t j = 1; j < k; j++)
-                               assert(fread(&a[i][j], sizeof(uint8_t), 1, random) == 1);
-                       for (uint8_t j = 0; j < n; j++)
-                               D[j][i] = calculateQ(a[i], k, j+1);
+                       // Now, for sanity's sake, we ensure that no matter which piece we are missing, we can derive no information about the secret
+                       check_possible_missing_part_derivations(total_shares, shares_required, &(D[0][0]), i, secret_length);
+
+                       if (i % 32 == 0 && i != 0)
+                               printf("Finished processing %u bytes.\n", i);
                }
 
                char out_file_name_buf[strlen(out_file_param) + 4];
                strcpy(out_file_name_buf, out_file_param);
-               for (uint8_t i = 0; i < n; i++) {
+               for (uint8_t i = 0; i < total_shares; i++) {
                        /*printf("%u-", i);
                        for (uint8_t j = 0; j < secret_length; j++)
                                printf("%02x", D[i][j]);
@@ -312,18 +390,23 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
                        printf("%02x", secret[i]);
                printf("\n");*/
 
+               // Clear sensitive data (No, GCC 4.7.2 is currently not optimizing this out)
+               memset(secret, 0, sizeof(uint8_t)*secret_length);
+               memset(a, 0, sizeof(uint8_t)*shares_required);
+               memset(in_file, 0, strlen(in_file));
+
                fclose(random);
        } else {
-               if (!k)
+               if (!shares_required)
                        ERROREXIT("k must be set.\n")
 
-               if (files_count != k || in_file || !out_file_param)
+               if (files_count != shares_required || in_file || !out_file_param)
                        ERROREXIT("Must not specify -i and must specify -o and exactly k -f <input file>s in combine mode.\n")
 
-               uint8_t x[k], q[k];
-               FILE* files_fps[k];
+               uint8_t x[shares_required], q[shares_required];
+               FILE* files_fps[shares_required];
 
-               for (uint8_t i = 0; i < k; i++) {
+               for (uint8_t i = 0; i < shares_required; i++) {
                        files_fps[i] = fopen(files[i], "r");
                        if (!files_fps[i])
                                ERROREXIT("Couldn't open file %s for reading.\n", files[i])
@@ -333,13 +416,13 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
 
                uint8_t secret[MAX_LENGTH];
 
-               uint8_t i = 0;
+               uint32_t i = 0;
                while (fread(&q[0], sizeof(uint8_t), 1, files_fps[0]) == 1) {
-                       for (uint8_t j = 1; j < k; j++) {
+                       for (uint8_t j = 1; j < shares_required; j++) {
                                if (fread(&q[j], sizeof(uint8_t), 1, files_fps[j]) != 1)
                                        ERROREXIT("Couldn't read next byte from %s\n", files[j])
                        }
-                       secret[i++] = calculateSecret(x, q, k);
+                       secret[i++] = calculateSecret(x, q, shares_required);
                }
                printf("Got secret of length %u\n", i);
 
@@ -347,8 +430,16 @@ int main(int argc, char* argv[]) {
                fwrite(secret, sizeof(uint8_t), i, out_file);
                fclose(out_file);
 
-               for (uint8_t i = 0; i < k; i++)
+               for (uint8_t i = 0; i < shares_required; i++)
                        fclose(files_fps[i]);
+
+               // Clear sensitive data (No, GCC 4.7.2 is currently not optimizing this out)
+               memset(secret, 0, sizeof(uint8_t)*i);
+               memset(q, 0, sizeof(uint8_t)*shares_required);
+               memset(out_file_param, 0, strlen(out_file_param));
+               for (uint8_t i = 0; i < shares_required; i++)
+                       memset(files[i], 0, strlen(files[i]));
+               memset(x, 0, sizeof(uint8_t)*shares_required);
        }
 
        return 0;